ES2961232T3 - Operational control in a seismic source - Google Patents

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ES2961232T3 ES15704629T ES15704629T ES2961232T3 ES 2961232 T3 ES2961232 T3 ES 2961232T3 ES 15704629 T ES15704629 T ES 15704629T ES 15704629 T ES15704629 T ES 15704629T ES 2961232 T3 ES2961232 T3 ES 2961232T3
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Joseph Anthony Dellinger
Mark Francis Lucien Harper
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Abstract

Un método para controlar la trayectoria en una fuente sísmica marina resonante comprende: controlar la frecuencia de la fuente y controlar la trayectoria del movimiento. Controlar la frecuencia de la fuente incluye: estimar la frecuencia de la fuente a partir de su estado interno y el estado de su entorno; derivar un error de frecuencia como la diferencia entre la frecuencia estimada y la frecuencia de la trayectoria deseada; y llevar el error de frecuencia a cero. Controlar la trayectoria de movimiento incluye: detectar una trayectoria de movimiento de la fuente; derivar un error de trayectoria de movimiento como la diferencia entre la trayectoria de movimiento deseada y la trayectoria de movimiento detectada; y llevar el error de trayectoria de movimiento a cero. (Traducción automática con Google Translate, sin valor legal)A method of controlling the path in a resonant marine seismic source comprises: controlling the frequency of the source and controlling the path of motion. Controlling the frequency of the source includes: estimating the frequency of the source from its internal state and the state of its environment; deriving a frequency error as the difference between the estimated frequency and the desired trajectory frequency; and bring the frequency error to zero. Controlling the motion path includes: detecting a motion path of the source; deriving a motion path error as the difference between the desired motion path and the detected motion path; and bring the motion trajectory error to zero. (Automatic translation with Google Translate, without legal value)

Description

DESCRIPCIÓN DESCRIPTION

Control operativo en una fuente sísmica Operational control in a seismic source

[0001] Por la presente se reivindica la prioridad de la solicitud de EE.UU. n.° de serie 61/929.656, titulada "Operational Control in a Seismic Source", y presentada el 21 de enero de 2014, a nombre de los inventores Mark Francis Lucien Harper y Joseph Anthony Dellinger. [0001] Priority is hereby claimed for US Application Serial No. 61/929,656, entitled "Operational Control in a Seismic Source", and filed on January 21, 2014, in the name of the inventors Mark Francis Lucien Harper and Joseph Anthony Dellinger.

Campo de la invención field of invention

[0002] La presente invención se refiere a fuentes sísmicas marinas y, en particular, a una estrategia de control para una fuente sísmica resonante de frecuencia controlada que emplea un oscilador mecánico. [0002] The present invention relates to marine seismic sources and, in particular, to a control strategy for a frequency-controlled resonant seismic source employing a mechanical oscillator.

Antecedentes de la invención Background of the invention

[0003] La prospección sísmica consiste en estudiar las formaciones subterráneas a partir de la reflexión de las ondas acústicas en dichas formaciones. Esto incluye la introducción de ondas acústicas en un entorno natural para que penetren en la tierra y se desplacen por las formaciones geológicas subterráneas de interés. Durante su recorrido por las formaciones, algunas de sus características reflejan las ondas hacia la superficie, donde quedan registradas. A continuación, se estudian los reflejos registrados para obtener información sobre esas formaciones. [0003] Seismic prospecting consists of studying underground formations based on the reflection of acoustic waves in said formations. This includes introducing acoustic waves into a natural environment so that they penetrate the earth and travel through underground geological formations of interest. During their journey through the formations, some of their characteristics reflect the waves towards the surface, where they are recorded. The recorded reflections are then studied to obtain information about these formations.

[0004] Un tipo de prospección sísmica es la prospección sísmica "marina". El término "marítimo" solo indica que la prospección se realiza en o sobre el agua. No implica necesariamente que la prospección se realice en un entorno de agua salada. Aunque una prospección sísmica marina puede realizarse en un entorno de agua salada, como el océano, también puede realizarse en aguas salobres, como las que se encuentran en bahías, estuarios y pantanos de marea. Incluso pueden realizarse en aguas totalmente dulces como las que se encuentran en lagos, pantanos y ciénagas. [0004] One type of seismic survey is "marine" seismic survey. The term "maritime" only indicates that prospecting is carried out in or on water. It does not necessarily imply that prospecting is carried out in a saltwater environment. Although a marine seismic survey can be performed in a saltwater environment, such as the ocean, it can also be performed in brackish waters, such as those found in bays, estuaries, and tidal marshes. They can even be carried out in completely fresh waters such as those found in lakes, swamps and swamps.

[0005] Hay muchos tipos de fuentes sísmicas cuyos diseños suelen estar, hasta cierto punto, adaptados al entorno en el que se pretende utilizarlas. Las prospecciones sísmicas marinas se realizan con frecuencia utilizando lo que se denomina una fuente de "barrido". El término "barrido" procede del funcionamiento de dichas fuentes, en el cual "barren" una banda de frecuencias durante la transmisión de la señal sísmica. [0005] There are many types of seismic sources whose designs are usually, to some extent, adapted to the environment in which they are intended to be used. Marine seismic surveys are frequently conducted using what is called a "sweep" source. The term "sweep" comes from the operation of these sources, in which they "sweep" a frequency band during the transmission of the seismic signal.

[0006] Un avance reciente en la prospección sísmica marina es la adquisición de datos "zumbantes", es decir, datos de una señal generada a partir de una fuente "zumbante". "Zumbar" es utilizar una fuente de frecuencia controlada no impulsiva que genera prácticamente toda su energía en una sola frecuencia. Debido a limitaciones prácticas de estabilidad, la fuente puede realizar una deriva controlada o no controlada dentro de un estrecho rango de frecuencias, que normalmente se mantiene dentro de más o menos una décima de octava alrededor de la frecuencia nominal. Esto a veces se denomina "monocromático" o "casi monocromático", por ejemplo en la solicitud de EE.UU. n.° de serie 13/327.524. [0006] A recent advance in marine seismic surveying is the acquisition of "buzz" data, that is, data from a signal generated from a "buzz" source. To "buzz" is to use a non-impulsive controlled frequency source that generates virtually all of its power at a single frequency. Due to practical stability limitations, the source can drift controlled or uncontrolled within a narrow frequency range, typically kept within plus or minus a tenth of an octave around the nominal frequency. This is sometimes called "monochromatic" or "near monochromatic", for example in US Application Serial No. 13/327,524.

[0007] La adquisición de zumbidos puede producirse de varias formas diferentes. Por ejemplo, el zumbido escalonado es una adquisición secuencial de zumbidos en la que una única fuente recorre un conjunto de dos o más frecuencias discretas, de una en una. El tiempo empleado en pasar de una frecuencia a otra debe ser muy pequeño en comparación con el tiempo empleado en cada frecuencia. Otro ejemplo, el zumbido de acordes, es la adquisición en la que una o más fuentes zumban simultáneamente a frecuencias distintas y discretas. Encontrará más información en la solicitud de EE.UU. n.° de serie 13/327.524. [0007] The acquisition of tinnitus can occur in several different ways. For example, stepped hum is a sequential acquisition of hum in which a single source cycles through a set of two or more discrete frequencies, one at a time. The time spent moving from one frequency to another should be very small compared to the time spent on each frequency. Another example, chord hum, is acquisition in which one or more sources hum simultaneously at distinct, discrete frequencies. More information can be found in US Application Serial No. 13/327,524.

[0008] Otro avance relativamente reciente en la adquisición sísmica es la adquisición de "baja frecuencia". La prospección sísmica ha utilizado históricamente frecuencias en el rango de 10-250 Hz para las señales sísmicas debido a su idoneidad en vista de los desafíos técnicos inherentes a la prospección sísmica. El término "bajas frecuencias" se entiende, dentro de este contexto histórico, como frecuencias por debajo de las cuales obtener una relación señal/ruido suficiente con fuentes convencionales se vuelve rápidamente más difícil a medida que disminuye la frecuencia (es decir, por debajo de unos 6-8 Hz). [0008] Another relatively recent advance in seismic acquisition is "low frequency" acquisition. Seismic surveying has historically used frequencies in the range of 10-250 Hz for seismic signals due to their suitability in view of the technical challenges inherent in seismic surveying. The term "low frequencies" is understood, within this historical context, as frequencies below which obtaining a sufficient signal-to-noise ratio with conventional sources becomes rapidly more difficult as the frequency decreases (i.e., below about 6-8 Hz).

[0009] Un ejemplo de una fuente de baja frecuencia que puede barrer, o zumbar, o tanto barrer como zumbar, a baja frecuencia se desvela y reivindica en la Solicitud de Patente de EE.UU. n.° de serie 12/995.763, presentada el 17 de junio de 2009. Esta fuente concreta consiste en un resonador mecánico sintonizable que, junto con su sistema de control, constituye un oscilador autoexcitado. El sistema de control detecta la velocidad del pistón radiante y aplica una fuerza de accionamiento en la misma dirección que la velocidad detectada, haciendo que el sistema oscile a su frecuencia natural o cerca de ella. Esa frecuencia se controla variando la rigidez de un resorte de gas, de modo que el sistema puede oscilar a una sola frecuencia elegida (es decir, "zumbido") o en una banda continua de frecuencias a un ritmo determinado (es decir, "barrido"). Encontrará más información en la solicitud de EE.UU. n.° de serie 12/995.763. [0009] An example of a low frequency source that can sweep, or hum, or both sweep and hum, at low frequency is disclosed and claimed in US Patent Application Serial No. 12/995,763, presented on June 17, 2009. This particular source consists of a tunable mechanical resonator that, together with its control system, constitutes a self-excited oscillator. The control system detects the speed of the radiating piston and applies a driving force in the same direction as the detected speed, causing the system to oscillate at or near its natural frequency. That frequency is controlled by varying the stiffness of a gas spring, so that the system can oscillate at a single chosen frequency (i.e., "hum") or over a continuous band of frequencies at a given rate (i.e., "sweep"). "). More information can be found in US Application Serial No. 12/995,763.

[0010] Sin embargo, un problema de las fuentes de baja frecuencia es que la frecuencia introduce problemas que las frecuencias sísmicas típicas convencionales no plantean. Una forma de resolver estos problemas es mediante un control exacto y preciso del funcionamiento de la fuente. Por ejemplo, un tipo de control se conoce como control de estabilidad de frecuencia, en el que se controla el funcionamiento de la fuente para ayudar a estabilizar la frecuencia a la que emite las señales sísmicas. [0010] However, a problem with low frequency sources is that the frequency introduces problems that typical conventional seismic frequencies do not pose. One way to solve these problems is through exact and precise control of the operation of the source. For example, one type of control is known as frequency stability control, in which the operation of the source is controlled to help stabilize the frequency at which it emits seismic signals.

[0011] La solicitud de patente estadounidense n.° 12/980.527 (US2011162906) desvela una fuente sísmica marina de pistón oscilante con un sistema de control que permite ajustar la frecuencia. La fuente comprende un solenoide que incluye un sensor de posición y permite así al sistema de control medir y detectar la posición axial de un pistón de compresión. La solicitud desvela que se puede conseguir la aplicación de una fuerza dependiente de la velocidad utilizando un sistema de retroalimentación simple desde el sensor de posición para ajustar la posición del pistón. [0011] US Patent Application No. 12/980,527 (US2011162906) discloses an oscillating piston marine seismic source with a control system that allows the frequency to be adjusted. The source comprises a solenoid that includes a position sensor and thus allows the control system to measure and detect the axial position of a compression piston. The application discloses that the application of a speed-dependent force can be achieved using a simple feedback system from the position sensor to adjust the position of the piston.

[0012] Las fuentes sísmicas, como las presentadas en las solicitudes mencionadas, son adecuadas para el fin previsto. Sin embargo, la técnica es siempre susceptible de mejoras o enfoques, procedimientos y configuraciones alternativos. Por lo tanto, la fuente sísmica descrita en el presente documento será bien acogida por la técnica. [0012] Seismic sources, such as those presented in the aforementioned applications, are suitable for the intended purpose. However, the technique is always susceptible to improvements or alternative approaches, procedures and configurations. Therefore, the seismic source described herein will be well received by the art.

BREVE DESCRIPCIÓN DE LOS DIBUJOS BRIEF DESCRIPTION OF THE DRAWINGS

[0013] Los dibujos adjuntos, que se incorporan y constituyen una parte de esta memoria descriptiva, ilustran realizaciones de la descripción y, junto con la descripción, sirven para explicar los principios de la invención. En las Figuras: [0013] The accompanying drawings, which are incorporated and constitute a part of this specification, illustrate embodiments of the description and, together with the description, serve to explain the principles of the invention. In the Figures:

La Figura 1 muestra una fuente sísmica marina resonante con la que se puede emplear la técnica de control descrita. Figure 1 shows a resonant marine seismic source with which the described control technique can be used.

La Figura 2 ilustra un sistema de control particular, mediante el cual la fuente sísmica marina de la Figura 1 se puede controlar de acuerdo con la técnica de control de trayectoria actualmente desvelada. Figure 2 illustrates a particular control system, by which the marine seismic source of Figure 1 can be controlled in accordance with the currently disclosed trajectory control technique.

La Figura 3 representa conceptualmente una prospección sísmica marina ejemplar en el que se utiliza la fuente sísmica marina de las Figuras 1 y 2. Figure 3 conceptually represents an exemplary marine seismic survey using the marine seismic source of Figures 1 and 2.

La Figura 4 ilustra cómo la fuente de la Figura 1 es controlada por el sistema de control de la Figura 2 para estabilizar la frecuencia de la fuente durante la adquisición. Figure 4 illustrates how the source of Figure 1 is controlled by the control system of Figure 2 to stabilize the frequency of the source during acquisition.

La Figura 5 ilustra un ejemplo de lógica de funcionamiento para una parte de la estabilización de frecuencia. Las Figuras 6A y 6B ilustran el procedimiento de control de trayectoria de la presente divulgación. Figure 5 illustrates an example of operating logic for a portion of the frequency stabilization. Figures 6A and 6B illustrate the trajectory control procedure of the present disclosure.

La Figura 7 ilustra un circuito equivalente de un resonador mecánico de un solo grado de libertad representativo de una fuente sísmica marina resonante de baja frecuencia. Figure 7 illustrates an equivalent circuit of a single degree of freedom mechanical resonator representative of a low-frequency resonant marine seismic source.

La Figura 8 es un gráfico de la fuerza necesaria para controlar la trayectoria de una fuente resonante. Figure 8 is a graph of the force necessary to control the path of a resonant source.

La Figura 9 muestra gráficos de fuerza frente a desplazamiento para un oscilador armónico simple antes y después de la estabilización de frecuencia. Figure 9 shows force versus displacement plots for a simple harmonic oscillator before and after frequency stabilization.

La Figura 10 muestra el funcionamiento del procedimiento de control de trayectoria y del procedimiento de estabilización de frecuencia para el oscilador armónico simple de la Figura 9. Figure 10 shows the operation of the trajectory control procedure and the frequency stabilization procedure for the simple harmonic oscillator of Figure 9.

DESCRIPCIÓN DE LAS REALIZACIONES DESCRIPTION OF THE EMBODIMENTS

[0014] A continuación, se hará referencia en detalle a la presente realización o realizaciones (realizaciones ilustrativas) de la invención, uno de cuyos ejemplos se ilustran en los dibujos adjuntos. Siempre que sea posible, la misma referencia numérica se usará a través de los dibujos para hacer referencia a las mismas piezas o a piezas similares. [0014] Reference will now be made in detail to the present embodiment or embodiments (illustrative embodiments) of the invention, an example of which is illustrated in the accompanying drawings. Wherever possible, the same reference numerals will be used throughout the drawings to refer to the same or similar parts.

[0015] La técnica de control de trayectoria desvelada actualmente es una estrategia de control para una fuente sísmica marina resonante de frecuencia controlada que emplea un resonador mecánico. Dado que la fuente sísmica marina es "resonante", tenderá a oscilar de forma natural a su frecuencia de resonancia. La fuente sísmica marina incluye un solenoide de excitación que inyecta energía en esta oscilación para ayudar a superar, por ejemplo, las pérdidas por fricción y radiación. También incluye un solenoide, o solenoides, que controlan la frecuencia de su resonancia, en lo sucesivo denominada técnica de control de frecuencia. Sin embargo, la amplitud y la frecuencia de la salida acústica de la fuente sísmica marina pueden variar de forma no intencionada debido tanto a cambios en el entorno, como la presión hidrostática, como a cambios en el estado interno de la fuente, como su temperatura interna. Esta variación involuntaria puede ser perjudicial para determinados tipos de prospecciones sísmicas. [0015] The currently disclosed trajectory control technique is a control strategy for a frequency-controlled resonant marine seismic source employing a mechanical resonator. Since the marine seismic source is "resonant", it will tend to oscillate naturally at its resonant frequency. The marine seismic source includes an excitation solenoid that injects energy into this oscillation to help overcome, for example, friction and radiation losses. It also includes a solenoid, or solenoids, that control the frequency of its resonance, hereinafter referred to as frequency control technique. However, the amplitude and frequency of the acoustic output of the marine seismic source can vary unintentionally due to both changes in the environment, such as hydrostatic pressure, and changes in the internal state of the source, such as its temperature. internal. This unintentional variation can be detrimental for certain types of seismic surveys.

[0016] En consecuencia, la técnica de control de trayectoria desvelada actualmente aplica el control de trayectoria para mantener la amplitud y la frecuencia de la salida acústica de la fuente sísmica marina muy cerca de sus valores objetivo. En este contexto, el "control de trayectoria" controla el movimiento de un oscilador mecánico para que siga una trayectoria deseada a lo largo del tiempo. "Trayectoria" significa en este caso el movimiento preciso de la pieza o piezas móviles del oscilador. Por "movimiento" se entiende la posición, o la velocidad, o la aceleración de las piezas según lo que sea más conveniente detectar y controlar en una serie de condiciones. [0016] Accordingly, the currently disclosed trajectory control technique applies trajectory control to maintain the amplitude and frequency of the acoustic output of the marine seismic source very close to its target values. In this context, "path control" controls the movement of a mechanical oscillator so that it follows a desired path over time. "Path" in this case means the precise movement of the moving part or parts of the oscillator. By "motion" we mean the position, or speed, or acceleration of the parts depending on what is most convenient to detect and control under a series of conditions.

[0017] Estas condiciones pueden variar en función de la aplicación y, por tanto, serán específicas de cada una de ellas. Por ejemplo, el movimiento controlado debe ser susceptible de detección y control a pesar de influencias ambientales imprevistas, variables en el tiempo y perturbadoras que puedan afectar tanto a la amplitud como a la frecuencia del oscilador. O bien, el movimiento debe ser susceptible de detección y control cuando la amplitud y la frecuencia que caracterizan la trayectoria deseada puedan variar con el tiempo; o cuando las técnicas disponibles para controlar el oscilador consisten en un mecanismo para variar su frecuencia y una fuerza excitadora independiente aplicada directamente a las piezas móviles para excitar su movimiento; o cuando la fuerza excitadora es pequeña en comparación con las fuerzas alternas que suelen intervenir en el oscilador, el excitador puede influir, pero no determinar totalmente, el movimiento del oscilador. Otras condiciones pueden resultar evidentes para los expertos en la materia que se beneficien de la presente divulgación. [0017] These conditions may vary depending on the application and, therefore, will be specific to each one of them. For example, controlled motion must be amenable to detection and control despite unforeseen, time-varying, and disruptive environmental influences that may affect both the amplitude and frequency of the oscillator. Or, the movement must be susceptible to detection and control when the amplitude and frequency that characterize the desired trajectory can vary over time; or where the techniques available for controlling the oscillator consist of a mechanism for varying its frequency and an independent exciting force applied directly to the moving parts to excite their motion; or when the exciter force is small compared to the alternating forces that usually intervene in the oscillator, the exciter may influence, but not totally determine, the movement of the oscillator. Other conditions may be apparent to those skilled in the art who benefit from the present disclosure.

[0018] El procedimiento de control de trayectoria comprende dos bucles de retroalimentación. El primer bucle de retroalimentación estima la frecuencia natural del oscilador, obtiene un error de frecuencia como la diferencia entre la frecuencia estimada y la frecuencia de la trayectoria deseada, y utiliza el mecanismo de control de frecuencia para intentar llevar la señal de error a cero de la manera bien conocida por los versados en materia de ingeniería de control. [0018] The trajectory control procedure comprises two feedback loops. The first feedback loop estimates the natural frequency of the oscillator, obtains a frequency error as the difference between the estimated frequency and the frequency of the desired path, and uses the frequency control mechanism to attempt to drive the error signal to zero. the manner well known to those versed in control engineering.

[0019] El segundo bucle de retroalimentación detecta la trayectoria de movimiento del oscilador, deriva una señal de error de la diferencia entre las trayectorias deseada y detectada, y aplica una fuerza de control a través del excitador que intenta llevar la señal de error a cero de la manera bien conocida por los versados en materia de ingeniería de control. [0019] The second feedback loop detects the motion path of the oscillator, derives an error signal from the difference between the desired and sensed paths, and applies a control force through the exciter that attempts to drive the error signal to zero. in the manner well known to those versed in control engineering.

[0020] Volviendo a la oscilación de la fuente sísmica marina, puede ser no lineal o lineal. Si la oscilación es no lineal y la trayectoria deseada es la de un oscilador lineal, la técnica de control puede tener el efecto de linealizar el comportamiento de la oscilación. En las realizaciones ilustradas se trata también de un resonador de alto coeficiente Q, que es un resonador en el que se requiere una cantidad mínima de energía introducida para mantener la oscilación (por ejemplo, la impedancia resistiva en el resonador, debida a la fricción, la viscosidad, etc., es mucho menor que la impedancia de la rigidez del resorte a la frecuencia de resonancia). [0020] Returning to the oscillation of the marine seismic source, it can be nonlinear or linear. If the oscillation is nonlinear and the desired trajectory is that of a linear oscillator, the control technique may have the effect of linearizing the behavior of the oscillation. In the illustrated embodiments this is also a high Q resonator, which is a resonator in which a minimum amount of energy input is required to maintain oscillation (for example, the resistive impedance in the resonator, due to friction, viscosity, etc., is much less than the impedance of the spring stiffness at the resonance frequency).

[0021] En el documento U.S. 12/995.763 se desvela y reivindica una fuente sísmica marina adecuada con la que puede utilizarse la técnica de control descrita. Para ilustrar mejor y promover la comprensión de la técnica de control de trayectoria desvelada, la presente divulgación analizará ahora su aplicación a esta fuente sísmica marina en particular. En el documento U.S. 12/995.763 se puede encontrar una descripción completa de su construcción y funcionamiento, y en el presente documento se reproducen algunas partes modificadas para reflejar la implementación de la presente técnica de control de trayectoria, así como un control de estabilización de frecuencia. [0021] In document U.S. 12/995,763 a suitable marine seismic source is disclosed and claimed with which the control technique described can be used. To better illustrate and promote understanding of the disclosed trajectory control technique, the present disclosure will now discuss its application to this particular marine seismic source. In the U.S. document A complete description of its construction and operation can be found in 12/995,763, and some modified parts are reproduced herein to reflect the implementation of the present trajectory control technique, as well as frequency stabilization control.

[0022] Volviendo ahora a la Figura 1, la fuente sísmica marina 100 es una fuente resonante, de baja frecuencia y alto coeficiente Q. Esta fuente concreta puede utilizarse tanto en adquisición por barrido como por zumbido. Incluye un pistón radiante 105 del orden de unos pocos metros de diámetro respaldado por un resorte de gas variable 165 que contiene espacios de resorte de gas 110a, 110b cada uno con una masa fija de gas. La frecuencia de resonancia de la fuente está controlada por la relación entre la masa del conjunto móvil 105, 125, 130, 120b (incluida la masa del fluido 115, típicamente agua de mar, arrastrada en el movimiento del pistón 105) y la rigidez combinada del resorte de gas variable 165 y el gas contenido dentro de la carcasa 170. La presión del gas en el resorte se mantiene a niveles para los que la frecuencia natural del pistón 105 cargado por el fluido 115 se encuentra en la banda sísmica y puede ser tan baja como 0,5 Hz. [0022] Turning now to Figure 1, marine seismic source 100 is a high-Q, low-frequency, resonant source. This particular source can be used in both sweep and hum acquisition. It includes a radiating piston 105 on the order of a few meters in diameter supported by a variable gas spring 165 containing gas spring spaces 110a, 110b each with a fixed mass of gas. The resonance frequency of the source is controlled by the relationship between the mass of the moving assembly 105, 125, 130, 120b (including the mass of the fluid 115, typically seawater, entrained in the movement of the piston 105) and the combined stiffness of the variable gas spring 165 and the gas contained within the housing 170. The gas pressure in the spring is maintained at levels for which the natural frequency of the piston 105 loaded by the fluid 115 is in the seismic band and can be as low as 0.5 Hz.

[0023] El pistón 105 recibe un desplazamiento inicial y comienza a oscilar. Sus oscilaciones son sostenidas por un solenoide 240 (mostrado en la Figura 2), compuesto por una bobina de motor lineal eléctrico 120a, una varilla magnética 120b y un sensor de posición 255 (también mostrado en la Figura 2). La señal de accionamiento del solenoide 240 se obtiene de la velocidad del pistón 125 a través de un sensor de velocidad o de desplazamiento de acuerdo con la presente técnica de control. La fuente sísmica marina 100 barre su frecuencia comprimiendo gradualmente el gas en los espacios del resorte de gas 110a, 110b de modo que el resorte de gas variable 165 se vuelve más rígido. La rigidez aumenta tanto por el aumento de la presión como por la reducción de la longitud de los espacios del resorte de gas 110a, 110b. Este doble efecto permite producir grandes cambios de rigidez y, por tanto, que la fuente sísmica marina 100 funcione en un mínimo de tres octavas de frecuencia. [0023] The piston 105 receives an initial displacement and begins to oscillate. Its oscillations are sustained by a solenoid 240 (shown in Figure 2), composed of an electric linear motor coil 120a, a magnetic rod 120b and a position sensor 255 (also shown in Figure 2). The drive signal of the solenoid 240 is obtained from the speed of the piston 125 through a speed or displacement sensor in accordance with the present control technique. The marine seismic source 100 sweeps its frequency by gradually compressing the gas in the spaces of the gas spring 110a, 110b so that the variable gas spring 165 becomes more rigid. The rigidity increases both by increasing the pressure and by reducing the length of the gas spring spaces 110a, 110b. This double effect allows large changes in stiffness to be produced and, therefore, the marine seismic source 100 to operate at a minimum of three octaves of frequency.

[0024] Más concretamente, la fuente sísmica marina 100 de la Figura 1 está sumergida en el agua 115. Un pistón radiante 105, del orden de unos pocos metros de diámetro, está fijado a un árbol 125 que es libre de moverse verticalmente. Detrás del pistón radiante 105, un pistón secundario 130 también está fijado al árbol 125 y divide el gas dentro del cilindro del resorte de gas 133 en dos volúmenes 110a, 110b. El extremo superior del espacio 110a está cerrado por un pistón terciario 132 unido a un yugo 140. [0024] More specifically, the marine seismic source 100 of Figure 1 is submerged in water 115. A radiating piston 105, on the order of a few meters in diameter, is attached to a shaft 125 that is free to move vertically. Behind the radiating piston 105, a secondary piston 130 is also attached to the shaft 125 and divides the gas inside the gas spring cylinder 133 into two volumes 110a, 110b. The upper end of the space 110a is closed by a tertiary piston 132 attached to a yoke 140.

[0025] El yugo 140 está a su vez unido a un solenoide lineal 145, que presenta una impedancia mecánica muy elevada en comparación con la impedancia mecánica del resorte de gas 110a, 110b. El solenoide 145 incorpora un sensor de posición (no mostrado) que permite a un sistema de control medir la posición del solenoide 145 en cualquier momento y enrigidecer su movimiento utilizando retroalimentación activa de una manera bien conocida por los versados en materia de sistemas de control industrial. La posición del pistón terciario 132 será controlada por el solenoide 145 y, debido a la rigidez activa, no se verá afectada por los cambios de presión en el volumen del resorte de gas 110a resultantes de las oscilaciones del pistón radiante 105. [0025] The yoke 140 is in turn attached to a linear solenoid 145, which has a very high mechanical impedance compared to the mechanical impedance of the gas spring 110a, 110b. The solenoid 145 incorporates a position sensor (not shown) that allows a control system to measure the position of the solenoid 145 at any time and stiffen its movement using active feedback in a manner well known to those skilled in industrial control systems. . The position of the tertiary piston 132 will be controlled by the solenoid 145 and, due to the active rigidity, will not be affected by pressure changes in the volume of the gas spring 110a resulting from the oscillations of the radiating piston 105.

[0026] El solenoide 145 es accionado por un motor eléctrico 150 a través de una banda de transmisión 155. Dentro del yugo 140 y apoyada en él se encuentra una bobina de motor lineal eléctrico 120a. Una varilla magnética 120b es guiada a través de la bobina 120a por cojinetes lisos (no mostrados) y está unida al extremo superior del árbol 125. Se puede utilizar un motor lineal eléctrico porque tiene baja impedancia mecánica y, por lo tanto, no limita ni impide el movimiento del conjunto móvil 105, 125, 130, 120b. El motor lineal incorpora un sensor de posición (no mostrado) que permite a un sistema de control medir la posición relativa de la varilla 120b y la bobina 120a del solenoide, en cualquier momento, de una manera bien conocida por los versados en materia de sistemas de control industrial. [0026] The solenoid 145 is driven by an electric motor 150 through a drive belt 155. Within and supported by the yoke 140 is an electric linear motor coil 120a. A magnetic rod 120b is guided through the coil 120a by plain bearings (not shown) and is attached to the upper end of the shaft 125. An electric linear motor can be used because it has low mechanical impedance and therefore does not limit or prevents the movement of the mobile assembly 105, 125, 130, 120b. The linear motor incorporates a position sensor (not shown) that allows a control system to measure the relative position of the rod 120b and the coil 120a of the solenoid, at any time, in a manner well known to those skilled in the art of systems. industrial control.

[0027] La Figura 2 ilustra un sistema de control particular 200 mediante el cual la fuente sísmica marina de la Figura 1 se puede controlar de acuerdo con la técnica de control de trayectoria actualmente desvelada. Un controlador maestro 205 se comunica con dos servocontroladores de un solo eje 211, 210 a través de enlaces de comunicaciones en serie 215, 220. También se comunica con el almacenamiento 222 a través de un enlace de comunicaciones 208 como se describe a continuación. [0027] Figure 2 illustrates a particular control system 200 by which the marine seismic source of Figure 1 can be controlled in accordance with the currently disclosed trajectory control technique. A master controller 205 communicates with two single-axis servo controllers 211, 210 via serial communications links 215, 220. It also communicates with storage 222 via a communications link 208 as described below.

[0028] El servocontrolador 211 controla el solenoide de alta impedancia 225 compuesto por el solenoide 145, el motor 150 y la banda de transmisión 155, a través de las líneas de transmisión del motor 230. La extensión del solenoide 145 se retroalimenta desde un sensor interno 245 (por ejemplo, un codificador de árbol en su motor 150) al servocontrolador 211 a través del cable de retroalimentación 252. Asimismo, el servocontrolador 210 controla el solenoide de baja impedancia 240, compuesto parcialmente por la bobina 120a y la varilla 120b, a través de las líneas de transmisión del motor 250. La posición del pistón radiante 105 se transmite al servocontrolador 210 desde un sensor de posición 255 acoplado al pistón radiante 105, que puede ser, por ejemplo, un transformador diferencial variable lineal. [0028] The servo controller 211 controls the high impedance solenoid 225 composed of the solenoid 145, the motor 150 and the transmission belt 155, through the transmission lines of the motor 230. The extension of the solenoid 145 is fed back from a sensor internal 245 (for example, a shaft encoder in its motor 150) to the servo controller 211 via the feedback cable 252. Likewise, the servo controller 210 controls the low impedance solenoid 240, partially composed of the coil 120a and the rod 120b, through the motor transmission lines 250. The position of the radiating piston 105 is transmitted to the servo controller 210 from a position sensor 255 coupled to the radiating piston 105, which may be, for example, a linear variable differential transformer.

[0029] El controlador maestro 205 se utiliza para descargar los programas de control 260, 265 a los servocontroladores 211, 210. El programa 260 descargado en el servocontrolador 211, cuando se inicia, puede hacer que el solenoide de alta impedancia 225 ejecute una extensión deseada que puede consistir, por ejemplo, en una breve fase inicial de alta aceleración, una fase de extensión a velocidad constante, una breve fase posterior de deceleración en la que el solenoide 225 se pone en reposo, un retardo que puede ser, por ejemplo, de diez segundos de duración, y una fase de retorno al inicio en la que la extensión del solenoide vuelve a su valor inicial y el programa termina su ejecución. El intervalo de tiempo total entre la iniciación y el retorno al valor inicial de extensión puede ser fijo y puede denominarse T. [0029] The master controller 205 is used to download the control programs 260, 265 to the servo controllers 211, 210. The program 260 downloaded to the servo controller 211, when started, can cause the high impedance solenoid 225 to execute an extension desired which may consist, for example, of a brief initial phase of high acceleration, an extension phase at constant speed, a subsequent brief deceleration phase in which the solenoid 225 is brought to rest, a delay which may be, for example , ten seconds long, and a return to start phase in which the solenoid extension returns to its initial value and the program ends its execution. The total time interval between initiation and return to the initial extension value may be fixed and may be denoted as T.

[0030] El programa 265 descargado en el servocontrolador 210, cuando se inicia, puede hacer que el solenoide de baja impedancia 240 suministre una fuerza impulsiva inicial al vástago del pistón 125 y, a continuación, puede monitorizar el movimiento del pistón radiante 105 a través del sensor 255 y hacer que el solenoide 240 aplique un nivel fijo de fuerza en la dirección del movimiento, efectuando así el control "bang-bang" de una manera bien conocida por los versados en materia de diseño de sistemas de control. La fuerza puede entonces reducirse a cero y el programa 265 puede terminar después de un intervalo de tiempo después de la iniciación también igual a T. [0030] The program 265 downloaded to the servo controller 210, when started, can cause the low impedance solenoid 240 to supply an initial impulsive force to the piston rod 125 and then can monitor the movement of the radiating piston 105 through of the sensor 255 and causing the solenoid 240 to apply a fixed level of force in the direction of movement, thereby effecting "bang-bang" control in a manner well known to those skilled in the art of control system design. The force can then be reduced to zero and the program 265 can terminate after a time interval after initiation also equal to T.

[0031] En funcionamiento normal, el controlador maestro 205 puede hacer que los programas 260, 265 descargados en los controladores 211, 210 comiencen a ejecutarse simultáneamente. El efecto combinado será entonces hacer que el sistema ejecute un barrido de frecuencia como se ha descrito anteriormente. [0031] In normal operation, the master controller 205 can cause the programs 260, 265 downloaded to the controllers 211, 210 to start executing simultaneously. The combined effect will then be to cause the system to perform a frequency sweep as described above.

[0032] El controlador maestro 205 también implementa la técnica de control descrita en el presente documento de acuerdo con la aplicación 270 que reside en el almacenamiento 222. Además de enviar señales de control al solenoide de alta impedancia 225 y al solenoide de baja impedancia 240, también recibe retroalimentación de ellos a través de los enlaces 215, 220. El controlador maestro 205 actúa sobre esta retroalimentación y de acuerdo con el programa de la aplicación 270 controla la trayectoria del pistón como se describe más adelante. [0032] The master controller 205 also implements the control technique described herein according to the application 270 residing in the storage 222. In addition to sending control signals to the high impedance solenoid 225 and the low impedance solenoid 240 , also receives feedback from them through links 215, 220. The master controller 205 acts on this feedback and according to the application program 270 controls the trajectory of the piston as described below.

[0033] El sistema de control 200 está situado sobre o dentro de la fuente sísmica 100 de la Figura 1 en la realización ilustrada. Sin embargo, esto no es necesario para la práctica de la técnica de control desvelada en el presente documento. Los expertos en la materia, con el beneficio de esta divulgación, apreciarán que algunas partes del sistema de control 200 podrían estar ubicadas en otro lugar. Por ejemplo, en realizaciones alternativas, podría estar situado en el buque remolcador y las señales podrían ser transmitidas de ida y vuelta a través de un umbilical. [0033] The control system 200 is located on or within the seismic source 100 of Figure 1 in the illustrated embodiment. However, this is not necessary for the practice of the control technique disclosed herein. Those skilled in the art, with the benefit of this disclosure, will appreciate that some parts of the control system 200 could be located elsewhere. For example, in alternative embodiments, it could be located on the tow vessel and signals could be transmitted back and forth via an umbilical.

[0034] Los expertos en la materia, con el beneficio de esta divulgación, también apreciarán que el aspecto de la técnica de control de trayectoria actualmente desvelada descrita anteriormente es implementada por ordenador. La Figura 2 representa conceptualmente partes seleccionadas de la arquitectura de hardware y software del sistema de control 200 que son pertinentes para la implementación de la técnica de control desvelada en el presente documento. La técnica de control de trayectoria desvelada admite una amplia latitud en la implementación de estas partes y el sistema de control 200 puede incluir software y hardware no desvelados en el presente documento. [0034] Those skilled in the art, with the benefit of this disclosure, will also appreciate that the aspect of the currently disclosed trajectory control technique described above is computer implemented. Figure 2 conceptually represents selected portions of the hardware and software architecture of the control system 200 that are relevant to the implementation of the control technique disclosed herein. The disclosed trajectory control technique allows for wide latitude in the implementation of these parts and the control system 200 may include software and hardware not disclosed herein.

[0035] Por ejemplo, el controlador maestro 205 puede ser cualquier procesador electrónico o conjunto de procesadores electrónicos adecuados conocidos en la técnica. Los expertos en la materia apreciarán que algunos tipos de procesadores electrónicos serán preferidos en varias realizaciones dependiendo de detalles específicos de implementación conocidos. Factores como la potencia de procesamiento, la velocidad, el coste y el consumo de energía suelen encontrarse en el proceso de diseño y serán muy específicos de cada aplicación. Debido a su ubicuidad en la técnica, los expertos en la materia que tengan el beneficio de esta divulgación conciliarán fácilmente dichos factores. [0035] For example, the master controller 205 may be any suitable electronic processor or set of electronic processors known in the art. Those skilled in the art will appreciate that some types of electronic processors will be preferred in various embodiments depending on specific known implementation details. Factors such as processing power, speed, cost and power consumption are often found in the design process and will be very specific to each application. Due to their ubiquity in the art, such factors will be easily reconciled by those skilled in the art who have the benefit of this disclosure.

[0036] Los expertos en la materia, con el beneficio de esta divulgación, por lo tanto, apreciarán que el controlador maestro 205 puede ser teóricamente un microcontrolador electrónico, un controlador electrónico, un microprocesador electrónico, un conjunto de procesadores electrónicos, o un circuito integrado de aplicación específica ("ASIC") o una matriz de puertas programables de campo ("FPGA"). Algunas realizaciones pueden incluso utilizar alguna combinación de estos tipos de procesadores. [0036] Those skilled in the art, with the benefit of this disclosure, will therefore appreciate that the master controller 205 can theoretically be an electronic microcontroller, an electronic controller, an electronic microprocessor, an array of electronic processors, or a circuit Application Specific Integrated Circuit ("ASIC") or a Field Programmable Gate Array ("FPGA"). Some embodiments may even use some combination of these types of processors.

[0037] El almacenamiento 222 puede incluir un disco duro y/o memoria de acceso aleatorio ("RAM") y/o almacenamiento extraíble. El almacenamiento 222 está codificado con una serie de componentes de software, incluidos los programas 260, 265 y la aplicación 270. También puede codificarse con otro software no mostrado. Por ejemplo, puede incluir software de prueba para que la fuente sísmica marina 100 pueda ser interrogada y sus ajustes probados antes o durante el despliegue. Otros tipos de software, como un sistema operativo, que no se muestran, también pueden residir en el almacenamiento 222. [0037] Storage 222 may include a hard drive and/or random access memory ("RAM") and/or removable storage. Storage 222 is encrypted with a number of software components, including programs 260, 265, and application 270. It may also be encrypted with other software not shown. For example, it may include test software so that the marine seismic source 100 can be interrogated and its settings tested before or during deployment. Other types of software, such as an operating system, not shown, may also reside on storage 222.

[0038] Además, no hay ningún requisito de que la funcionalidad del sistema de control 200 descrito anteriormente se implemente como se ha desvelado. Por ejemplo, la aplicación 265 puede implementarse en algún otro tipo de componente de software, como un daemon o utilidad. La funcionalidad de la aplicación 270 no tiene por qué estar agregada en un único componente y puede estar distribuida en dos o más componentes. [0038] Furthermore, there is no requirement that the functionality of the control system 200 described above be implemented as disclosed. For example, application 265 may be implemented in some other type of software component, such as a daemon or utility. The functionality of the application 270 does not have to be aggregated into a single component and may be distributed across two or more components.

[0039] Nótese que algunas porciones de las descripciones detalladas en este documento se presentan en términos de un proceso implementado por software que involucra representaciones simbólicas de operaciones sobre bits de datos dentro de una memoria en un sistema de computación o un dispositivo de computación. Estas descripciones y representaciones son los medios utilizados por los expertos en la materia para transmitir de la manera más eficaz la esencia de su trabajo a otros expertos en la materia. El proceso y la operación requieren manipulaciones físicas de cantidades físicas que transformarán físicamente la máquina o el sistema concreto en el que se realizan las manipulaciones o en el que se almacenan los resultados. Por lo general, aunque no necesariamente, estas cantidades adoptan la forma de señales eléctricas, magnéticas u ópticas capaces de ser almacenadas, transferidas, combinadas, comparadas y manipuladas de otro modo. En ocasiones ha resultado conveniente, principalmente por razones de uso común, referirse a estas señales como bits, valores, elementos, símbolos, caracteres, términos, números o similares. [0039] Note that some portions of the detailed descriptions herein are presented in terms of a software-implemented process involving symbolic representations of operations on data bits within a memory in a computing system or computing device. These descriptions and representations are the means used by subject matter experts to most effectively convey the essence of their work to other subject matter experts. The process and operation require physical manipulations of physical quantities that will physically transform the particular machine or system in which the manipulations are performed or in which the results are stored. Typically, but not necessarily, these quantities take the form of electrical, magnetic, or optical signals capable of being stored, transferred, combined, compared, and otherwise manipulated. It has sometimes been convenient, mainly for reasons of common usage, to refer to these signals as bits, values, elements, symbols, characters, terms, numbers or the like.

[0040] No obstante, hay que tener en cuenta que todos estos términos y otros similares deben asociarse a las magnitudes físicas apropiadas y no son más que etiquetas cómodas aplicadas a dichas magnitudes. A menos que se indique específicamente o de otro modo que pueda resultar evidente, a lo largo de la presente divulgación, estas descripciones se refieren a la acción y los procesos de un dispositivo electrónico, que manipula y transforma datos representados como cantidades físicas (electrónicas, magnéticas u ópticas) dentro del almacenamiento de algún dispositivo electrónico en otros datos representados de manera similar como cantidades físicas dentro del almacenamiento, o en dispositivos de transmisión o visualización. Ejemplos de los términos que designan dicha descripción son, sin limitación, los términos "procesamiento", "computación", "cálculo", "determinación", "visualización" y similares. [0040] However, it must be taken into account that all these and similar terms must be associated with the appropriate physical quantities and are nothing more than convenient labels applied to said quantities. Unless specifically indicated or otherwise apparent, throughout this disclosure, these descriptions refer to the action and processes of an electronic device, which manipulates and transforms data represented as physical quantities (electronic, magnetic or optical) within the storage of some electronic device in other data similarly represented as physical quantities within the storage, or in transmission or display devices. Examples of terms designating such a description are, without limitation, the terms "processing", "computation", "calculation", "determination", "visualization" and the like.

[0041] Además, la ejecución de la funcionalidad del software transforma el aparato informático en el que se ejecuta. Por ejemplo, la adquisición de datos alterará físicamente el contenido del almacenamiento, al igual que el tratamiento posterior de esos datos. La alteración física es una "transformación física" en el sentido de que cambia el estado físico del almacenamiento del aparato informático. [0041] Furthermore, the execution of the software functionality transforms the computing device on which it is executed. For example, the acquisition of data will physically alter the contents of the storage, as will the subsequent processing of that data. The physical alteration is a "physical transformation" in the sense that it changes the physical state of the storage of the computing device.

[0042] Obsérvese también que los aspectos de la invención implementados mediante software suelen estar codificados en algún tipo de medio de almacenamiento de programas o, alternativamente, implementados sobre algún tipo de medio de transmisión. El medio de almacenamiento del programas puede ser magnético (por ejemplo, un disquete o un disco duro) u óptico (por ejemplo, una memoria de solo lectura de disco compacto, o "CD ROM"), y puede ser de solo lectura o de acceso aleatorio. Del mismo modo, el medio de transmisión puede ser pares de hilos trenzados, cable coaxial, fibra óptica, o algún otro medio de transmisión adecuado conocido en la técnica. La invención no está limitada por estos aspectos de cualquier implementación dada. [0042] Note also that software-implemented aspects of the invention are typically encoded on some type of program storage medium or, alternatively, implemented on some type of transmission medium. The program storage medium may be magnetic (for example, a floppy disk or hard drive) or optical (for example, a compact disc read-only memory, or "CD ROM"), and may be read-only or random access. Likewise, the transmission medium may be twisted pairs of wires, coaxial cable, optical fiber, or some other suitable transmission medium known in the art. The invention is not limited by these aspects of any given implementation.

[0043] La técnica de control de trayectoria descrita anteriormente se pone en práctica durante la adquisición en una prospección sísmica marina para controlar la amplitud y la frecuencia de las señales sísmicas emitidas por la fuente sísmica marina. El diseño de la prospección puede realizarse de acuerdo con la práctica convencional y normalmente incluirá uno o más buques remolcadores que remolcan una o más fuentes. Para los fines presentes, una realización ilustrativa de una fuente con la que se puede realizar la prospección es la fuente sísmica marina de la Figura 1-Figura 2. La prospección también puede incluir uno o más cables de fondo oceánico como los que se conocen en la técnica. [0043] The trajectory control technique described above is implemented during acquisition in a marine seismic survey to control the amplitude and frequency of the seismic signals emitted by the marine seismic source. The survey design may be carried out in accordance with conventional practice and will normally include one or more towing vessels towing one or more sources. For present purposes, an illustrative embodiment of a source with which the survey can be performed is the marine seismic source of Figure 1-Figure 2. The survey may also include one or more ocean bottom cables such as those known in The technique.

[0044] Consideremos, por ejemplo, la prospección sísmica marina 300 de la Figura 3. La prospección 300 incluye un buque 305 desde el que se despliega y remolca la fuente sísmica marina 100. La fuente sísmica marina 100 se remolca a través del agua 115 según lo previsto en el diseño de la prospección a una profundidad que depende en parte de su frecuencia. Una pluralidad de receptores 310 (solo uno indicado) se despliegan desde buques de prospección (no mostrados). Algunas prospecciones marinas remolcan conjuntos de receptores 310 montados en serpentinas agrupadas en conjuntos de serpentinas de una manera no mostrada. Sin embargo, la realización ilustrada despliega los receptores en el lecho marino 316 como parte de cables de fondo oceánico 320 (solo se indica uno). [0044] Consider, for example, the marine seismic survey 300 of Figure 3. The survey 300 includes a vessel 305 from which the marine seismic source 100 is deployed and towed. The marine seismic source 100 is towed through the water 115 as planned in the survey design at a depth that depends in part on its frequency. A plurality of receivers 310 (only one indicated) are deployed from survey vessels (not shown). Some marine surveys tow receiver arrays 310 mounted on streamers grouped into streamer arrays in a manner not shown. However, the illustrated embodiment deploys the receivers on the seabed 316 as part of ocean floor cables 320 (only one is indicated).

[0045] Una vez calentada la fuente sísmica marina 100 desplegada, el buque remolcador 305 la remolca siguiendo las líneas de vela requeridas por el diseño. Mientras la fuente sísmica marina 100 es remolcada, emite señales acústicas sísmicas representadas por el rayo 325. En la realización ilustrada, puede tratarse de señales sísmicas de barrido o de zumbido, según lo exija el diseño de la prospección. Las señales acústicas se propagan por el agua 115 hasta que encuentran el fondo marino 316. Una parte de la señal se refleja desde el lecho marino 316 hasta la superficie del mar, tal y como representa el rayo 330, y otra parte continúa propagándose por el subsuelo 315, tal y como indica el rayo 335. Periódicamente, la señal acústica encontrará reflectores, como el reflector 340, y una parte se reflejará de vuelta a los receptores 310 como indica el rayo 345 y una parte continuará hasta que la energía de la señal se disipe más allá de lo que los receptores 310 pueden detectar. Una parte de la señal acústica también puede volver al fondo o a la superficie del mar por otros mecanismos distintos de la reflexión, como por refracción o por giro (la denominada "onda de inmersión"). [0045] Once the deployed marine seismic source 100 is heated, the towing vessel 305 tows it following the sail lines required by the design. While the marine seismic source 100 is towed, it emits seismic acoustic signals represented by beam 325. In the illustrated embodiment, these may be sweep or hum seismic signals, as required by the survey design. The acoustic signals propagate through the water 115 until they encounter the seabed 316. A part of the signal is reflected from the seabed 316 to the sea surface, as represented by the beam 330, and another part continues to propagate through the subsurface 315, as indicated by beam 335. Periodically, the acoustic signal will encounter reflectors, such as reflector 340, and a portion will be reflected back to the receivers 310 as indicated by beam 345 and a portion will continue until the energy of the signal to dissipate beyond what the receivers 310 can detect. A part of the acoustic signal can also return to the bottom or surface of the sea by mechanisms other than reflection, such as refraction or rotation (the so-called "dip wave").

[0046] La técnica de control de trayectoria actualmente desvelada opera durante la generación y emanación de las señales acústicas sísmicas. A continuación se describen con más detalle los bucles de estabilización de frecuencia y de control de trayectoria. [0046] The currently disclosed trajectory control technique operates during the generation and emanation of seismic acoustic signals. The frequency stabilization and trajectory control loops are described in more detail below.

[0047] Pasando ahora a la Figura 4, un diagrama de flujo 400 ilustra cómo la fuente de la Figura 1 es controlada por el sistema de control de la Figura 2 para estabilizar la frecuencia de la fuente durante la adquisición. En el diagrama de flujo 400, los parámetros de diseño de barrido nominal se utilizan tanto para inicializar la fuente 420 como parámetros de usuario ajustables en la estabilización de frecuencia (en 440). Estos parámetros se determinan durante el diseño de la prospección antes mencionada y se puede llegar a ellos de manera convencional. La estabilización de frecuencia (en 440) se puede implementar, por ejemplo, mediante la aplicación 270 residente en el disco duro local o remoto o dentro de algún otro tipo de dispositivo de almacenamiento (por ejemplo, el almacenamiento 222 mostrado en la Figura 2) y ejecutada por el controlador maestro 205. El controlador maestro 205 monitoriza (en 450) la fuente sísmica operativa 100, calcula la perturbación necesaria (en 500) y actualiza la configuración interna de la fuente sísmica marina 100 (en 430) según se desee para ajustar de nuevo la frecuencia emitida a la frecuencia nominal. [0047] Turning now to Figure 4, a flow chart 400 illustrates how the source of Figure 1 is controlled by the control system of Figure 2 to stabilize the frequency of the source during acquisition. In flowsheet 400, nominal sweep design parameters are used both to initialize source 420 and user adjustable parameters in frequency stabilization (at 440). These parameters are determined during the design of the aforementioned survey and can be arrived at conventionally. Frequency stabilization (at 440) may be implemented, for example, by application 270 residing on the local or remote hard drive or within some other type of storage device (e.g., storage 222 shown in Figure 2). and executed by the master controller 205. The master controller 205 monitors (at 450) the operational seismic source 100, calculates the necessary disturbance (at 500) and updates the internal configuration of the marine seismic source 100 (at 430) as desired to adjust the emitted frequency back to the nominal frequency.

[0048] Remitiéndonos de nuevo a la Figura 1, en funcionamiento, el pistón radiante 105 se mueve con desplazamiento x contra la presión Pext del agua de mar exterior 115. El dispositivo se muestra en equilibrio, x = 0, de modo que la presión dentro del dispositivo es también Pext. El pistón radiante 105 está unido a un árbol 125 que pasa a través de un resorte de gas variable 165 que comprende dos volúmenes de gas 110a, 11 0b, confinados por un pistón de compresión, 132. El resorte de gas variable 165 son los dos volúmenes de resorte de gas 110a, 110b definidos por los pistones 132, 130, y la tapa 129 y sus respectivos sellos. Fijado al árbol 125 hay un pistón 130 que se mueve libremente en la dirección del árbol 125, junto con el árbol, dentro del resorte de gas 165. Los sellos (no mostrados) alrededor del perímetro del pistón 130 evitan el movimiento del gas alrededor del pistón 130, creando dos compartimentos sellados a cada lado, 110a, 110b. Un pistón de compresión 132 móvil a lo largo del eje del árbol 125, igualmente sellado en todo su perímetro, permite variar la longitud del resorte de gas 110a, 110b y, por tanto, su rigidez. La longitud de los espacios de gas 110a, 110b, siendo igual a la distancia total entre las caras más cercanas del pistón de compresión 132 y la tapa 129 menos el espesor del pistón secundario 130, se indica como V . La presión dentro de los compartimentos 110a, 110b del pistón de compresión en equilibrio es Ps. [0048] Referring again to Figure 1, in operation, the radiating piston 105 moves with displacement x against the pressure Pext of the external seawater 115. The device is shown in equilibrium, x = 0, so that the pressure inside the device it is also Pext. The radiating piston 105 is attached to a shaft 125 passing through a variable gas spring 165 comprising two gas volumes 110a, 110b, confined by a compression piston, 132. The variable gas spring 165 are both gas spring volumes 110a, 110b defined by the pistons 132, 130, and the cover 129 and their respective seals. Attached to shaft 125 is a piston 130 that moves freely in the direction of shaft 125, along with the shaft, within gas spring 165. Seals (not shown) around the perimeter of piston 130 prevent movement of gas around the piston 130, creating two sealed compartments on each side, 110a, 110b. A compression piston 132 mobile along the axis of the shaft 125, also sealed around its entire perimeter, allows the length of the gas spring 110a, 110b and, therefore, its rigidity to be varied. The length of the gas spaces 110a, 110b, being equal to the total distance between the nearest faces of the compression piston 132 and the cap 129 minus the thickness of the secondary piston 130, is indicated as V. The pressure inside the compartments 110a, 110b of the compression piston in equilibrium is Ps.

[0049] Como se ha comentado anteriormente, la fuente sísmica marina 100 tiende a oscilar a una frecuencia natural determinada por parámetros como la posición del pistón de compresión 132, las presiones de gas dentro de los espacios 110a, 110b y el interior de la carcasa 170 en el interior del dispositivo, la presión exterior del agua Pext (y por tanto la profundidad de funcionamiento del dispositivo) y, en menor medida, las fricciones del sello y la fuerza y el momento de activación del solenoide lineal 240 (mostrado en la Figura 2) que suministra energía a las oscilaciones del pistón radiante. El pistón de compresión 132 controla la frecuencia de resonancia de la fuente modificando simultáneamente la presión de equilibrio Ps en el interior del resorte de gas y su longitud. [0049] As discussed above, the marine seismic source 100 tends to oscillate at a natural frequency determined by parameters such as the position of the compression piston 132, the gas pressures within the spaces 110a, 110b and the interior of the casing. 170 inside the device, the external pressure of the Pext water (and therefore the operating depth of the device) and, to a lesser extent, the frictions of the seal and the force and moment of activation of the linear solenoid 240 (shown in the Figure 2) that supplies energy to the oscillations of the radiating piston. The compression piston 132 controls the resonant frequency of the source by simultaneously modifying the equilibrium pressure Ps inside the gas spring and its length.

[0050] Para realizar un barrido de frecuencia dado, el pistón de compresión 132 se mueve para cambiar el periodo de oscilación según sea necesario, pero por lo demás al dispositivo se le permite (en su mayor parte) oscilar a su frecuencia natural con una amplitud que puede ser controlada mediante el uso del solenoide 120a, 120b, como ya se ha descrito. Normalmente, la trayectoria requerida del pistón 132 se calculará antes de que comience el barrido. La ley de control por defecto del pistón de compresión, la ya mencionada rigidez activa, actúa para mantener el pistón 132 en su trayectoria precalculada a pesar de las fuerzas perturbadoras introducidas por el funcionamiento del dispositivo. Otra ley de control gobierna por separado el solenoide de excitación 120a, 120b para que suministre energía a o extraiga energía de las oscilaciones según sea necesario. [0050] To perform a given frequency sweep, the compression piston 132 moves to change the period of oscillation as necessary, but otherwise the device is allowed (for the most part) to oscillate at its natural frequency with a amplitude which can be controlled by using the solenoid 120a, 120b, as already described. Typically, the required trajectory of piston 132 will be calculated before the sweep begins. The default control law of the compression piston, the aforementioned active stiffness, acts to maintain the piston 132 in its precalculated trajectory despite the disturbing forces introduced by the operation of the device. Another control law separately governs the drive solenoid 120a, 120b to supply power to or extract power from the oscillations as needed.

[0051] Así, por ejemplo, siguiendo la ley de control por defecto, el pistón de compresión 132 podría posicionarse de forma que teóricamente generase una oscilación a 2,0 Hz, pero en su lugar se produce una oscilación a 2,05 Hz porque la teoría que subyace a la ley de control es solo una aproximación, o las condiciones, incluidas las presiones de gas antes mencionadas, no coinciden exactamente con las suposiciones del cálculo de la ley de control. El bucle de estabilización de frecuencia (430, 450) está diseñado para minimizar este tipo de error. [0051] Thus, for example, following the default control law, the compression piston 132 could be positioned so that it theoretically generates an oscillation at 2.0 Hz, but instead an oscillation occurs at 2.05 Hz because the theory underlying the control law is only an approximation, or the conditions, including the aforementioned gas pressures, do not exactly match the assumptions of the control law calculation. The frequency stabilization loop (430, 450) is designed to minimize this type of error.

[0052] Más concretamente, utiliza la retroalimentación activa del pistón de compresión 132 para mantener el dispositivo mucho más cerca de la frecuencia, en promedio, de modo que la frecuencia natural del dispositivo se aproxime más a la frecuencia deseada. El bucle de retroalimentación se utiliza para ajustar un parámetro controlable con el fin de minimizar la discrepancia entre la frecuencia deseada y la frecuencia natural. En la realización ilustrada, esto se realiza ajustando la posición del pistón de compresión 132. [0052] More specifically, it uses active feedback from the compression piston 132 to keep the device much closer in frequency, on average, so that the natural frequency of the device becomes closer to the desired frequency. The feedback loop is used to adjust a controllable parameter in order to minimize the discrepancy between the desired frequency and the natural frequency. In the illustrated embodiment, this is done by adjusting the position of the compression piston 132.

[0053] El parámetro controlable en esta realización es una perturbación P que puede aplicarse a la posición predeterminada precalculada del pistón de compresión (DSPP). La frecuencia natural (f) de la fuente depende de la longitud del resorte de gas (/) y lo indicaremos escribiendo f(í). Obsérvese que la frecuencia natural también depende de muchos otros factores, incluida la presión del gas en los espacios 110a, 110b de la Figura 1 y la presión Pext del fluido externo, pero estas dependencias se omiten en aras de la brevedad. Supongamos ahora que se produce una discrepancia Af = fi(l) - fe(l) entre la frecuencia natural prevista, que indicaremos como f(í), y la frecuencia estimada fe(í). Esto podría ocurrir, por ejemplo, como resultado de un cambio de temperatura del gas en los espacios 110a, 110b. Deseamos corregir fe(í) para acercarla a f(í) cambiando la longitud del resorte de gas / = DSPP P. Esto puede lograrse mediante el siguiente esquema iterativo simple. A partir del conocimiento de la dinámica del sistema = dfe(. 0 / [0053] The controllable parameter in this embodiment is a disturbance P that can be applied to the pre-calculated default position of the compression piston (DSPP). The natural frequency (f) of the source depends on the length of the gas spring (/) and we will indicate it by writing f(í). Note that the natural frequency also depends on many other factors, including the gas pressure in spaces 110a, 110b of Figure 1 and the pressure Pext of the external fluid, but these dependencies are omitted for the sake of brevity. Now suppose that a discrepancy Af = fi(l) - fe(l) occurs between the predicted natural frequency, which we will denote as f(í), and the estimated frequency fe(í). This could occur, for example, as a result of a change in temperature of the gas in spaces 110a, 110b. We wish to correct fe(í) closer to f(í) by changing the length of the gas spring / = DSPP P. This can be achieved by the following simple iterative scheme. From the knowledge of the dynamics of the system = dfe(. 0 /

calculamos la tasa de cambio: e para corregir la discrepancia we calculate the rate of change: e to correct the discrepancy

ahora se corrige la perturbación P a la posición predeterminada del pistón de compresión DSPP en una cantidad A/ a un nuevo valor P' como sigue: The disturbance P to the predetermined position of the compression piston DSPP is now corrected by an amount A/ to a new value P' as follows:

[0054] En este caso a es un valor del factor de estabilización entre 0 y 1, fijado por el usuario según principios bien conocidos por los versados en materia de diseño de sistemas de control. [0054] In this case a is a value of the stabilization factor between 0 and 1, set by the user according to principles well known to those skilled in the field of control system design.

[0055] La cantidad e puede calcularse del siguiente modo para un dispositivo como el de la Figura 1. En este ejemplo se supondrá que el gas dentro del resorte se comporta adiabáticamente en la escala de tiempo de un periodo de la resonancia, es decir, que un cuarto de periodo de las oscilaciones del pistón del resorte de gas es demasiado corto para que se produzca una transferencia significativa de energía térmica entre la estructura metálica y el gas. A continuación, puede determinarse la rigidez del resorte de gas en pequeños desplazamientos, así como el cambio de longitud necesario para contrarrestar un cambio en la frecuencia natural estimada. [0055] The quantity e can be calculated as follows for a device such as that of Figure 1. In this example it will be assumed that the gas inside the spring behaves adiabatically on the time scale of one period of the resonance, i.e. that a quarter period of the gas spring piston oscillations is too short for significant thermal energy transfer to occur between the metal structure and the gas. The stiffness of the gas spring at small displacements can then be determined, as well as the change in length required to counteract a change in the estimated natural frequency.

[0056] En este ejemplo, para desplazar el pistón del resorte de gas una distancia x desde la posición de equilibrio x = 0, el pistón del resorte de gas tendría que aplicar una fuerza dada por la ecuación: [0056] In this example, to displace the gas spring piston a distance x from the equilibrium position x = 0, the gas spring piston would have to apply a force given by the equation:

donde, where,

x es el desplazamiento del pistón del resorte de gas desde la posición central, x is the displacement of the gas spring piston from the center position,

ps es la presión del gas dentro del resorte de gas variable cuando el pistón está en reposo, ps is the gas pressure inside the variable gas spring when the piston is at rest,

As es la zona del pistón del resorte de gas, This is the piston area of the gas spring,

l es la longitud total del espacio gaseoso del resorte de gas (es decir, la suma de las longitudes a ambos lados de su pistón), y, l is the total length of the gas space of the gas spring (i.e. the sum of the lengths on both sides of its piston), and,

Y es el índice adiabático (relación de los principales calores específicos) del gas. Diferenciando con respecto a x y evaluando el resultado en x = 0 se obtiene la expresión de la rigidez del resorte para pequeños desplazamientos: And it is the adiabatic index (ratio of the main specific heats) of the gas. Differentiating with respect to x and evaluating the result at x = 0, the expression for the spring stiffness for small displacements is obtained:

d£_d£_

k_ 4ypsA sk_ 4ypsA s

dx*=0ldx*=0l

Al determinar el cambio de rigidez con la longitud (es decir, la posición del pistón de compresión), en esta realización debe tenerse en cuenta el cambio en la presión del gas que esto produce. Al hacer esto, será útil hacer una suposición adicional, que en las escalas de tiempo en las que cambia la longitud del resorte de gas, el gas es When determining the change in stiffness with length (i.e. the position of the compression piston), in this embodiment the change in gas pressure that this produces must be taken into account. In doing this, it will be useful to make an additional assumption, that on the time scales on which the length of the gas spring changes, the gas is

capaz de equilibrarse termodinámicamente con el metal y, por tanto, la derivada parcial ' 1 se comporta de acuerdo con la Ley de Boyle: capable of thermodynamic equilibrium with the metal and, therefore, the partial derivative ' 1 behaves according to Boyle's Law:

dk _ dk_ dk_dps _ -AypsAs4yAsps _ kdk_dk_dk_dps_-AypsAs4yAsps_k

di ~ di dps di ~ l2 l l ~ ¿ ldi ~ di dps di ~ l2 l l ~ ¿l

[0057] Para utilizar la expresión anterior a fin de modelar un sistema de control, según esta realización también se necesita un modelo de cómo afecta la rigidez del resorte de gas a la frecuencia natural. Este modelo podría obtenerse de la siguiente manera: La frecuencia natural del sistema en su conjunto depende de la masa móvil (el pistón radiante y todo lo unido a él, incluidos el árbol y el pistón del resorte de gas), la masa estacionaria (la carcasa y todo lo unido a ella) y la rigidez del resorte de gas. También depende de la rigidez del gas en la carcasa, que contiene un tercer compartimento sellado lleno de gas. Podemos modelar este sistema como un simple oscilador armónico formado por dos resortes paralelos entre dos masas. [0057] To use the above expression to model a control system, according to this embodiment a model of how the stiffness of the gas spring affects the natural frequency is also needed. This model could be obtained as follows: The natural frequency of the system as a whole depends on the moving mass (the radiating piston and everything attached to it, including the shaft and the gas spring piston), the stationary mass (the casing and everything attached to it) and the rigidity of the gas spring. It also depends on the rigidity of the gas in the casing, which contains a third sealed compartment filled with gas. We can model this system as a simple harmonic oscillator formed by two parallel springs between two masses.

[0058] La fórmula conocida para la frecuencia angular de resonancia de un sistema oscilante que contiene dos resortes paralelos entre dos masas es [0058] The known formula for the angular resonance frequency of an oscillating system containing two parallel springs between two masses is

En este caso, In this case,

ÚFy Úfy

kv es la rigidez dx del gas dentro de la carcasa, donde Fv es la fuerza ejercida sobre el pistón 105 por el gas dentro de la carcasa 170; kv is the stiffness dx of the gas inside the casing, where Fv is the force exerted on the piston 105 by the gas inside the casing 170;

m1 es la masa total del pistón 105, el árbol 125 al que está unido, y cualquier otra cosa unida al árbol como el pistón 130, y la masa añadida de agua que se mueve con el pistón 105; m1 is the total mass of the piston 105, the shaft 125 to which it is attached, and anything else attached to the shaft such as the piston 130, and the added mass of water moving with the piston 105;

m2 es la masa del resto de la fuente, incluida la carcasa 170 y todo lo que está rígidamente unido a ella. m2 is the mass of the rest of the source, including the casing 170 and everything rigidly attached to it.

El efecto de cambiar las longitudes de los resortes de gas se puede calcular de la siguiente manera: The effect of changing the lengths of the gas springs can be calculated as follows:

En términos de frecuencia (f) y no de frecuencia angular w In terms of frequency (f) and not angular frequency w

La cantidad/ ; ( oen las ecuaciones anteriores puede considerarse idéntica a esta. The amount/ ; (or in the previous equations it can be considered identical to this one.

[0059] Para incluir kv en el modelo, será conveniente suponer de nuevo en este ejemplo que el gas se comporta adiabáticamente en la escala temporal de un cuarto de periodo, de modo que pueda utilizarse una expresión análoga a la de la rigidez del resorte de gas: [0059] To include kv in the model, it will be convenient to assume again in this example that the gas behaves adiabatically on the time scale of a quarter period, so that an expression analogous to that for the stiffness of the spring can be used. gas:

donde L es una "longitud equivalente" del espacio gaseoso de la carcasa, igual a su volumen V dividido por el área del pistón A. El factor 4 ha desaparecido porque solo hay un único espacio de gas. where L is an "equivalent length" of the gas space of the casing, equal to its volume V divided by the piston area A. Factor 4 has disappeared because there is only a single gas space.

[0060] La Figura 5 contiene una ilustración de cómo podrían utilizarse las ecuaciones anteriores en una realización particular. En esta realización, los parámetros del resonador descritos anteriormente se determinarán (en 505) junto con el patrón de barrido y Af. Algunos de estos parámetros pueden ser característicos del tipo de resonador utilizado y otros pueden tener que determinarse por separado para cada resonador. Además, en algunos casos podrían determinarse parámetros calculables a partir de los identificados anteriormente, (es decir, debería determinarse un conjunto de parámetros para el resonador a partir de los cuales puedan calcularse los identificados anteriormente). [0060] Figure 5 contains an illustration of how the above equations could be used in a particular embodiment. In this embodiment, the resonator parameters described above will be determined (at 505) along with the sweep pattern and Af. Some of these parameters may be characteristic of the type of resonator used and others may have to be determined separately for each resonator. Furthermore, in some cases parameters calculable from those identified above could be determined (i.e., a set of parameters should be determined for the resonator from which those identified above can be calculated).

[0061] En esta realización particular, se calculan (en 515, 520) algunos de los parámetros, incluyendo k, kv, y df/dl, identificados en el presente documento. Es posible que algunas de estas cantidades solo deban calcularse una vez por prospección. Otras pueden tener que volver a determinarse en cada intento. Por ejemplo, si la temperatura del dispositivo cambia con el tiempo, o puede ser necesario recalcularla continuamente durante cada barrido a medida que se mueven los pistones de compresión, entonces las diversas presiones internas y los valores de rigidez cambiarán por ello. Así, aunque las Figuras 4 y 5 parezcan indicar que el cálculo de estos parámetros (en 515, 520) está fuera del bucle de retroalimentación (en 430, 450), debe entenderse que, en algunos casos, varias de estas cantidades podrían recalcularse repetidamente según lo requiera la situación. Se calcula una corrección estimada (en 530) y se aplica (en 540). [0061] In this particular embodiment, some of the parameters, including k, kv, and df/dl, identified herein are calculated (at 515, 520). Some of these quantities may only need to be calculated once per survey. Others may have to be determined again with each attempt. For example, if the temperature of the device changes over time, or may need to be continually recalculated during each sweep as the compression pistons move, then the various internal pressures and stiffness values will change as a result. Thus, although Figures 4 and 5 appear to indicate that the calculation of these parameters (at 515, 520) is outside the feedback loop (at 430, 450), it should be understood that, in some cases, several of these quantities could be repeatedly recalculated as the situation requires. An estimated correction is calculated (at 530) and applied (at 540).

[0062] En este ejemplo, se utilizará la ley de control por defecto (no alterada) (en 420) para determinar la posición inicial del pistón de compresión. Este posicionamiento puede ajustarse en función del tipo de prospección seleccionada (por ejemplo, frecuencia única, barrido de banda estrecha, etc.) y de las frecuencias concretas de que se trate. [0062] In this example, the default (unaltered) control law (at 420) will be used to determine the initial position of the compression piston. This positioning can be adjusted depending on the type of survey selected (for example, single frequency, narrowband scanning, etc.) and the specific frequencies in question.

[0063] Se realiza un barrido, según el patrón de barrido diseñado (en 430). Durante ese barrido, en una realización, se medirá el rendimiento real del resonador y se comparará con el barrido deseado. Según la técnica actual, esto se hará estimando su frecuencia natural. En el caso de que se requiera un zumbido, la estimación de la frecuencia natural proporcionará una medida de la precisión del barrido y de la desviación con respecto al mismo. Si el resonador realiza un barrido sobre un rango de frecuencias, todavía será posible determinar una desviación de las frecuencias de barrido deseadas ya que, en un barrido sobre un rango, se conocerá una frecuencia esperada en cada punto temporal y se podrá comparar con la frecuencia natural estimada para ese intervalo de tiempo. Existen muchas técnicas alternativas de estimación del estado del sistema para establecer la desviación de frecuencia del pistón a gas respecto a la frecuencia deseada. Aquellos con conocimientos ordinarios en la materia serán fácilmente capaces de idear lo mismo. [0063] A sweep is performed, according to the designed sweep pattern (at 430). During that sweep, in one embodiment, the actual performance of the resonator will be measured and compared to the desired sweep. According to current technique, this will be done by estimating its natural frequency. In the event that a hum is required, the estimate of the natural frequency will provide a measure of the precision of the sweep and the deviation from it. If the resonator sweeps over a range of frequencies, it will still be possible to determine a deviation from the desired sweep frequencies since, in a sweep over a range, an expected frequency at each time point will be known and can be compared to the frequency estimated natural for that time interval. There are many alternative system state estimation techniques to establish the frequency deviation of the gas piston from the desired frequency. Those with ordinary knowledge in the field will be easily able to devise the same.

[0064] Cualquier procedimiento de este tipo debe tener en cuenta el efecto del bucle de control de trayectoria 650 sobre la frecuencia real del dispositivo. La desviación de frecuencia que debe estimarse es la diferencia entre la frecuencia de resonancia del dispositivo en ausencia de control de trayectoria (su "frecuencia natural") y la frecuencia deseada. Si el procedimiento de estimación de la frecuencia natural se basa en la frecuencia observada del dispositivo, debe estimar y tener en cuenta el efecto del bucle de control de trayectoria 650. Alternativamente puede estimar la frecuencia natural a partir de la disposición del pistón de compresión 132, el pistón de resorte de gas 130, y las presiones de gas en los espacios 110a, 110b y dentro de la carcasa 170. [0064] Any such procedure must take into account the effect of the path control loop 650 on the actual frequency of the device. The frequency deviation that must be estimated is the difference between the resonant frequency of the device in the absence of path control (its "natural frequency") and the desired frequency. If the natural frequency estimation procedure is based on the observed frequency of the device, you must estimate and take into account the effect of the trajectory control loop 650. Alternatively you can estimate the natural frequency from the arrangement of the compression piston 132 , the gas spring piston 130, and the gas pressures in the spaces 110a, 110b and within the housing 170.

[0065] Finalmente, dada alguna medida de la desviación de frecuencia, se puede determinar un ajuste (en 450) utilizando las ecuaciones expuestas anteriormente (en 515-530) y continuar el barrido. [0065] Finally, given some measure of the frequency deviation, a setting (at 450) can be determined using the equations set forth above (at 515-530) and the sweep continued.

[0066] A modo de ejemplo, considere algunas condiciones que podrían ser típicas de un dispositivo; como, por ejemplo, la fuente sísmica marina 100 de la Figura 1, configurada para realizar un zumbido de 4 Hz a una profundidad operativa de 30 metros. En este caso concreto, el diámetro del pistón radiante será de 1,38 metros, el área del pistón de compresión de 0,25 m2, y el volumen interior del dispositivo de 8 metros cúbicos. Utilizando las ecuaciones anteriores, la rigidez puede calcularse del siguiente modo: [0066] As an example, consider some conditions that might be typical for a device; such as, for example, marine seismic source 100 in Figure 1, configured to deliver a 4 Hz hum at an operating depth of 30 meters. In this specific case, the diameter of the radiating piston will be 1.38 meters, the area of the compression piston will be 0.25 m2, and the internal volume of the device will be 8 cubic meters. Using the previous equations, the stiffness can be calculated as follows:

l = 0,66 m (el valor adecuado para una resonancia de 4 Hz); l = 0.66 m (the appropriate value for a 4 Hz resonance);

p = 400.000 Pa (presión ambiente a -30 m de profundidad); p = 400,000 Pa (ambient pressure at -30 m depth);

As = 0,25 m2; As = 0.25 m2;

A = ^(1,38mV2)2 = 1,50 m2; A = ^(1.38mV2)2 = 1.50 m2;

V = 8 m3, y, V = 8 m3, and,

Y = 1,4 (el índice adiabático de un gas diatómico como el nitrógeno). Y = 1.4 (the adiabatic index of a diatomic gas such as nitrogen).

Lo anterior implica que: The above implies that:

k = 8,48 x 105 Nm-1 k = 8.48 x 105 Nm-1

kv= 1,58 x 105 Nm-1 kv= 1.58 x 105 Nm-1

o bien O well

Obsérvese que la ecuación anterior puede considerarse, en cierto sentido, como la traducción de un error de frecuencia en un error de posición, error de posición que puede ajustarse de acuerdo con las enseñanzas expuestas en el presente documento. Note that the above equation can be considered, in a sense, as the translation of a frequency error into a position error, which position error can be adjusted according to the teachings set forth herein.

[0067] A efectos de este ejemplo, esto implica que para corregir una desviación del 5 % en la frecuencia (nada atípico en este tipo de pruebas), el pistón de compresión 132 tendría que moverse unos (0,05)(4 Hz)/(5,11 Hz/m) = 0,0392 metros, o unos 40 mm. Esta perturbación no debería ser demasiado exigente para muchos sistemas de interés. [0067] For the purposes of this example, this implies that to correct a 5% deviation in frequency (not atypical in this type of testing), the compression piston 132 would have to move about (0.05)(4 Hz) /(5.11 Hz/m) = 0.0392 meters, or about 40 mm. This perturbation should not be too demanding for many systems of interest.

[0068] El bucle de retroalimentación de estabilización de frecuencia que se acaba de comentar controla la resonancia natural del sistema para mantenerla cerca de la frecuencia deseada. La presente técnica de control de trayectoria incluye un bucle de control de retroalimentación adicional que controla el detalle de la trayectoria, mientras que el bucle de control de retroalimentación de frecuencia, descrito anteriormente, mantiene la frecuencia natural de la sísmica marina en la frecuencia correcta, o casi correcta. La implementación de este segundo bucle de control se describirá ahora con respecto a la fuente sísmica marina 100 de la Figura 1. [0068] The frequency stabilization feedback loop just discussed controls the natural resonance of the system to keep it close to the desired frequency. The present trajectory control technique includes an additional feedback control loop that controls the detail of the trajectory, while the frequency feedback control loop, described above, maintains the natural frequency of the marine seismic at the correct frequency, or almost correct. The implementation of this second control loop will now be described with respect to the marine seismic source 100 of Figure 1.

[0069] En este caso, la trayectoria del control de trayectoria se refiere al desplazamiento relativo del pistón radiante 105 y la carcasa 170 ("trayectoria relativa"). El mecanismo de control de la frecuencia consiste en modificar las posiciones del pistón de compresión 132 en el extremo del resorte de gas 165; y la fuerza de excitación se aplica a través del solenoide de excitación 240. La fuente sísmica marina 100 normalmente se utilizará de forma cíclica, repitiendo exactamente su trayectoria deseada con un periodo de tiempo fijo o casi fijo entre repeticiones. En este caso, el primer bucle de control descrito anteriormente puede detectar el error de frecuencia durante un ciclo y aplicar la corrección mediante el mecanismo de control de frecuencia en el ciclo siguiente. Sin embargo, el segundo bucle de control funcionará en tiempo real (es decir, inmediatamente). [0069] In this case, the trajectory of the trajectory control refers to the relative displacement of the radiating piston 105 and the housing 170 ("relative trajectory"). The frequency control mechanism consists of modifying the positions of the compression piston 132 at the end of the gas spring 165; and the excitation force is applied through the excitation solenoid 240. The marine seismic source 100 will typically be used cyclically, exactly repeating its desired trajectory with a fixed or nearly fixed period of time between repetitions. In this case, the first control loop described above can detect the frequency error during one cycle and apply the correction by the frequency control mechanism in the next cycle. However, the second control loop will work in real time (i.e. immediately).

[0070] El mecanismo de control en este caso es el sistema de control 200 que se muestra en la Figura 2. Obsérvese que este es, a modo de ejemplo e ilustración, uno de los medios por los que puede controlarse el funcionamiento de la fuente sísmica marina 100. Como se ha comentado anteriormente, el procedimiento de control de trayectoria se implementa en esta realización en la aplicación 270 y comprende dos conjuntos de dos bucles de retroalimentación. [0070] The control mechanism in this case is the control system 200 shown in Figure 2. Note that this is, by way of example and illustration, one of the means by which the operation of the source can be controlled marine seismic 100. As discussed above, the trajectory control procedure is implemented in this embodiment in the application 270 and comprises two sets of two feedback loops.

[0071] Refiriéndose ahora a la Figura 6A, el primer bucle 600 estima (en 610) la frecuencia natural de la fuente. A continuación, obtiene (en 620) un error de frecuencia como la diferencia entre la frecuencia estimada y la frecuencia de la trayectoria deseada. A continuación, utiliza (en 630) el mecanismo de control de frecuencia para tratar de llevar la señal de error a cero de la manera bien conocida por los versados en materia de ingeniería de control. [0071] Referring now to Figure 6A, the first loop 600 estimates (at 610) the natural frequency of the source. It then obtains (at 620) a frequency error as the difference between the estimated frequency and the frequency of the desired trajectory. It then uses (at 630) the frequency control mechanism to attempt to drive the error signal to zero in a manner well known to those skilled in control engineering.

[0072] Volviendo a la Figura 6B, el segundo bucle de retroalimentación 650 detecta (en 660) la trayectoria de movimiento del oscilador. A continuación, obtiene (en 670) una señal de error a partir de la diferencia entre las trayectorias deseada y detectada. A continuación, se aplica una fuerza de control (en 680) a través del excitador que intenta llevar la señal de error a cero de la manera bien conocida por los versados en materia de ingeniería de control. Una forma de llevar la señal de error a cero es medir el error de movimiento entre los movimientos deseado y detectado del oscilador. A continuación, se aplica una fuerza de control linealmente proporcional al error. Como alternativa, se puede utilizar el control "bang-bang": aplicar una fuerza de magnitud constante en la dirección opuesta al error. Un experto en la materia puede considerar otras formas de control. [0072] Returning to Figure 6B, the second feedback loop 650 detects (at 660) the motion path of the oscillator. It then obtains (at 670) an error signal from the difference between the desired and detected trajectories. Next, a control force (at 680) is applied through the exciter which attempts to drive the error signal to zero in a manner well known to those skilled in control engineering. One way to drive the error signal to zero is to measure the motion error between the desired and detected motions of the oscillator. A control force linearly proportional to the error is then applied. Alternatively, "bang-bang" control can be used: applying a force of constant magnitude in the direction opposite to the error. Other forms of control may be considered by a person skilled in the art.

[0073] El primer bucle 600 sigue de cerca el procedimiento desvelado en la solicitud de Estados Unidos n.° 61/894.729, presentada el 23 de octubre de 2013, y en la solicitud de Estados Unidos n.° 14/515.223, presentada el 15 de octubre de 2014, titulada "System and Method for Resonator Frequency Control by Active Squeeze Position Feedback". Sin embargo, una diferencia es que el segundo bucle 650 actuará para mantener la oscilación en la frecuencia deseada, independientemente de la frecuencia natural de la fuente. Por lo tanto, si el segundo bucle está en funcionamiento, la frecuencia natural no puede estimarse midiendo directamente el periodo de las oscilaciones, que suele ser el medio más sencillo para la estimación. [0073] The first loop 600 closely follows the procedure disclosed in US Application No. 61/894,729, filed on October 23, 2013, and in US Application No. 14/515,223, filed on October 15, 2014, titled "System and Method for Resonator Frequency Control by Active Squeeze Position Feedback." However, one difference is that the second loop 650 will act to maintain the oscillation at the desired frequency, regardless of the natural frequency of the source. Therefore, if the second loop is in operation, the natural frequency cannot be estimated by directly measuring the period of the oscillations, which is usually the simplest means of estimation.

[0074] Un procedimiento de estimación consistiría en desconectar brevemente el segundo bucle, medir directamente la frecuencia natural de la fuente, utilizar esta estimación en el recuadro 610 y, a continuación, volver a conectar el segundo bucle. Alternativamente, la frecuencia natural de la fuente puede estimarse a partir de mediciones de su estado interno y del estado del entorno. Por ejemplo, la frecuencia natural de la fuente puede tabularse para una variedad de presiones, temperaturas, profundidades operativas, etc., y basándose en mediciones en tiempo real, el valor tabulado apropiado se utiliza como estimación en el recuadro 610. En una realización, el error de frecuencia puede estimarse indirectamente, a partir del historial de errores de trayectoria (recuadro 675). [0074] An estimation procedure would be to briefly disconnect the second loop, directly measure the natural frequency of the source, use this estimate in box 610, and then reconnect the second loop. Alternatively, the natural frequency of the source can be estimated from measurements of its internal state and the state of the environment. For example, the natural frequency of the source may be tabulated for a variety of pressures, temperatures, operating depths, etc., and based on real-time measurements, the appropriate tabulated value is used as an estimate in box 610. In one embodiment, The frequency error can be estimated indirectly from the history of trajectory errors (Box 675).

[0075] Para comprender mejor cómo pueden implementarse los dos bucles de control de retroalimentación 600, 650 con respecto a la fuente sísmica marina 100 de la Figura 1-Figura 2, se proporcionará ahora un ejemplo numérico analítico. Este ejemplo demostrará en particular que las fuerzas necesarias para corregir la trayectoria (en el recuadro 680) dependen en gran medida de la frecuencia de oscilación natural de la fuente (que se estima en el recuadro 610). [0075] To better understand how the two feedback control loops 600, 650 can be implemented with respect to the marine seismic source 100 of Figure 1-Figure 2, an analytical numerical example will now be provided. This example will demonstrate in particular that the forces required to correct the trajectory (in box 680) depend largely on the natural oscillation frequency of the source (estimated in box 610).

[0076] Considere la fuente como un simple oscilador de un grado de libertad, como se ilustra en el circuito equivalente de la Figura 7. La masa del pistón m-\ está representada por 720, la masa de la fuente restante m2 por 710. La constante variable del resorte es k N/m (730), la resistencia viscosa es r N/(m/s) (750), y las dos masas son excitadas a movimiento relativo a frecuencia angular w rad/s con velocidad punta v m/s por una fuerza de amplitud F, medida en Newton. [0076] Consider the source as a simple one-degree-of-freedom oscillator, as illustrated in the equivalent circuit of Figure 7. The mass of the piston m-\ is represented by 720, the mass of the remaining source m2 by 710. The variable constant of the spring is k N/m (730), the viscous resistance is r N/(m/s) (750), and the two masses are excited to relative motion at angular frequency w rad/s with tip speed v m /s by a force of amplitude F, measured in Newton.

[0077] En este contexto, F es la fuerza de excitación aplicada a la fuente; w es la frecuencia angular a la que se desea que oscile el pistón fuente; la velocidad punta con la que se desea que oscile se denota por v. [0077] In this context, F is the excitation force applied to the source; w is the angular frequency at which you want the source piston to oscillate; The top speed with which it is desired to oscillate is denoted by v.

[0078] Como es sabido por un experto en materia de dinámica, es válida la siguiente relación entre la fuerza F, la frecuencia w y las propiedades del oscilador, expresadas en el dominio de la frecuencia en notación compleja: [0078] As is known to a person skilled in the field of dynamics, the following relationship between the force F, the frequency w and the properties of the oscillator, expressed in the frequency domain in complex notation, is valid:

F=v(r+i(om F=v(r+i(om

[0079] En este caso m es la media armónica de las masas m-\ y m2. [0079] In this case m is the harmonic mean of the masses m-\ and m2.

[0080] Esto se puede reescribir en términos de la frecuencia natural W0 del oscilador: [0080] This can be rewritten in terms of the natural frequency W0 of the oscillator:

[0081] De la inspección de esta ecuación es evidente que cuando se fuerza a la frecuencia natural, una fuerza de excitación f = v r producirá una velocidad v, y que a cualquier otra frecuencia la fuerza requerida para producir la, o r<2>- cúá<2>misma velocidad v será mayor. La fuerza aumenta a medida que aumenta la diferencia de frecuencia . Así, si se desea producir una determinada velocidad v y la fuerza disponible está limitada a Fmáx, entonces la frecuencia natural W0 debe mantenerse próxima a la frecuencia deseada w. También es evidente a partir de esta ecuación que la máxima diferencia entre la frecuencia deseada y la frecuencia natural en la que la fuerza de excitación disponible todavía será suficiente para producir la velocidad deseada v depende de Fmáx y disminuye con el aumento de m y r. [0081] From inspection of this equation it is evident that when forced at the natural frequency, an excitation force f = v r will produce a velocity v, and that at any other frequency the force required to produce the, or r<2>- how <2>same speed v will be greater. The force increases as the frequency difference increases. Thus, if it is desired to produce a certain speed v and the available force is limited to Fmax, then the natural frequency W0 must be kept close to the desired frequency w. It is also evident from this equation that the maximum difference between the desired frequency and the natural frequency at which the available excitation force will still be sufficient to produce the desired velocity v depends on Fmax and decreases with increasing m and r.

[0082] Supongamos, a título ilustrativo, que una fuente tiene las siguientes características: [0082] Suppose, for illustrative purposes, that a font has the following characteristics:

r = 3000. N/m/s; r = 3000. N/m/s;

v = 2 m/s; v = 2 m/s;

m = 3000 kg; en este caso representa la masa móvil efectiva, típicamente la media armónica de las masas del pistón y la carcasa; m = 3000 kg; in this case it represents the effective moving mass, typically the harmonic mean of the piston and casing masses;

frecuencia deseada = 2 Hz; desired frequency = 2 Hz;

Fmáx = 10.000 N; Fmax = 10,000 N;

[0083] En la Figura 8 se muestra un gráfico de la fuerza que se necesitaría para controlar la trayectoria, en función de la frecuencia natural sintonizada de la fuente. También se muestra una línea horizontal que indica Fmáx. [0083] Figure 8 shows a graph of the force that would be needed to control the trajectory, as a function of the tuned natural frequency of the source. A horizontal line indicating Fmax is also shown.

[0084] Es evidente que la fuerza requerida aumenta muy rápidamente con el error de frecuencia. En este ejemplo el rango de frecuencia natural del oscilador debe mantenerse dentro del rango de 1,9 Hz a 2,1 Hz para que el control de trayectoria sea efectivo controlando la trayectoria para que sea una oscilación a 2 Hz con una velocidad punta de 2 m/s. Es decir, el control de trayectoria no tolerará una desviación de frecuencia superior a 0,1 Hz, o al 5 % de la frecuencia deseada. [0084] It is evident that the required force increases very rapidly with the frequency error. In this example the natural frequency range of the oscillator must be kept within the range of 1.9 Hz to 2.1 Hz for path control to be effective by controlling the path to be a 2 Hz oscillation with a peak speed of 2 m/s. That is, the path control will not tolerate a frequency deviation greater than 0.1 Hz, or 5% of the desired frequency.

[0085] Será evidente para los expertos en la materia que las fuerzas requeridas dependen enormemente del error de frecuencia A f y por lo tanto el historial de las fuerzas correctoras aplicadas en 680 puede utilizarse en 675 para estimar la frecuencia natural del oscilador en 610. En una realización, las fuerzas correctoras se aplican de la siguiente manera: Sea "fxd" la fuerza de control aplicada en 680 multiplicada por el desplazamiento del conjunto móvil 105, 125, 130, 120b con respecto a su posición promediada a lo largo de un ciclo de oscilación. Entonces, para un sistema oscilador armónico simple y un error de frecuencia pequeño, con buena aproximación, "fxd" promediado durante un ciclo de oscilación será directamente proporcional al error de frecuencia 620. [0085] It will be apparent to those skilled in the art that the forces required are highly dependent on the frequency error A f and therefore the history of the corrective forces applied at 680 can be used at 675 to estimate the natural frequency of the oscillator at 610. In In one embodiment, the corrective forces are applied as follows: Let "fxd" be the control force applied at 680 multiplied by the displacement of the moving assembly 105, 125, 130, 120b with respect to its position averaged over one cycle of oscillation. So, for a simple harmonic oscillator system and a small frequency error, to good approximation, "fxd" averaged over one oscillation cycle will be directly proportional to the 620 frequency error.

[0086] Esto puede verse de la siguiente manera: La fuerza frente al desplazamiento para un sistema oscilador armónico simple sigue la ley de Hooke, F = kx, donde "F" es la fuerza aplicada por el resorte, "k" es la constante elástica del resorte, y "x" es el desplazamiento desde la longitud natural del resorte. Si la masa en movimiento obedece esta ecuación a pesar de un error en la constante del resorte k, que en lugar del valor nominal k tiene el valor kactual, entonces la fuerza de control de trayectoria aplicada Fcontrol debe estar compensando exactamente el error: F = k x = Fcontrol kactual x, y por tanto Fcontrol = (k - kactual) x. Multiplicando la fuerza de control por el desplazamiento x, tenemos fxd = Fcontrol x = (k - kactual) x2. Promediado sobre un ciclo de oscilación, x2 promedia a la mitad de su valor máximo, y por lo tanto Fcontrol x promediado sobre un ciclo de oscilación es proporcional a k - kactual. [0086] This can be seen as follows: The force versus displacement for a simple harmonic oscillator system follows Hooke's law, F = kx, where "F" is the force applied by the spring, "k" is the constant elasticity of the spring, and "x" is the displacement from the natural length of the spring. If the moving mass obeys this equation despite an error in the spring constant k, which instead of the nominal value k has the value kactual, then the applied path control force Fcontrol must be exactly compensating for the error: F = k x = Fcontrol kactual x, and therefore Fcontrol = (k - kactual) x. Multiplying the control force by the displacement x, we have fxd = Fcontrol x = (k - kactual) x2. Averaged over one oscillation cycle, x2 averages to half its maximum value, and therefore Fcontrol x averaged over one oscillation cycle is proportional to k - kcurrent.

[0087] Esto permite estimar la diferencia de los cuadrados de la frecuencia deseada oides y la frecuencia natural Mnat de la siguiente manera: [0087] This allows the difference of the squares of the desired frequency oids and the natural frequency Mnat to be estimated as follows:

[0088] En este caso, una barra de superíndice indica la media a lo largo de un periodo de oscilación. [0088] In this case, a superscript bar indicates the average over an oscillation period.

[0089] La frecuencia natural puede estimarse entonces directamente y el bucle de control 600 puede funcionar aplicando este cálculo en la etapa 610. [0089] The natural frequency can then be estimated directly and the control loop 600 can operate by applying this calculation in step 610.

[0090] Estos cálculos solo son exactos para un oscilador lineal, mientras que el sistema de la Figura 1 constituye un oscilador no lineal con un resorte superlineal. El resultado anterior se aplicará con precisión creciente cuanto menores sean las oscilaciones, ya que en el límite de los movimientos infinitesimales el sistema se comporta linealmente. Para oscilaciones finitas, las ecuaciones anteriores solo proporcionarán resultados aproximados. Sin embargo, el gráfico de la Figura 8 indica que el control de la trayectoria tendrá éxito para errores finitos en la diferencia de frecuencia, de modo que puede tolerarse cierto grado de error en la estimación y corrección de la frecuencia natural. [0090] These calculations are only accurate for a linear oscillator, while the system in Figure 1 constitutes a nonlinear oscillator with a superlinear spring. The previous result will be applied with increasing precision the smaller the oscillations are, since in the limit of infinitesimal movements the system behaves linearly. For finite oscillations, the above equations will only provide approximate results. However, the graph in Figure 8 indicates that trajectory control will be successful for finite errors in the frequency difference, so some degree of error in the estimation and correction of the natural frequency can be tolerated.

[0091] Otras realizaciones que permiten utilizar la fuerza de control 680 para estimar la frecuencia natural 610 y el error de frecuencia 620 serán evidentes para los expertos en la materia. Las Figuras 9 y 10 muestran un ejemplo numérico computacional de estos bucles de control interactivos en la práctica. La Figura 9A muestra la fuerza en función del desplazamiento para un resorte lineal ideal con una constante del resorte k= 1 (910), y para un resorte parcialmente no lineal que se vuelve más rígido a mayores desplazamientos: k = (1 desplazamiento4)/10 (920). Construimos un oscilador armónico utilizando estos dos resortes, con la masa y la velocidad inicial elegidas de forma que para el resorte lineal el periodo de oscilación sea de 2 segundos y el desplazamiento máximo de 1 metro. Nuestro objetivo es utilizar el control de trayectoria para que el resorte no lineal actúe como el lineal. [0091] Other embodiments that allow control force 680 to be used to estimate natural frequency 610 and frequency error 620 will be apparent to those skilled in the art. Figures 9 and 10 show a computational numerical example of these interactive control loops in practice. Figure 9A shows the force as a function of displacement for an ideal linear spring with a spring constant k = 1 (910), and for a partially nonlinear spring that becomes stiffer at larger displacements: k = (1 displacement4)/ 10 (920). We build a harmonic oscillator using these two springs, with the mass and initial velocity chosen so that for the linear spring the period of oscillation is 2 seconds and the maximum displacement is 1 meter. Our goal is to use trajectory control to make the nonlinear spring act like the linear one.

[0092] La Figura 10A, de 0 segundos (a 1000) a 20 segundos (a 1020), muestra cómo difieren los osciladores lineales y no lineales en oscilación libre. La línea de puntos muestra el movimiento para el resorte lineal, y la línea continua, el movimiento para el resorte no lineal. El principal efecto del aumento de la rigidez del resorte no lineal a mayores desplazamientos es la ligera disminución del periodo de oscilación. Tras 20 segundos de oscilación libre, se ha acumulado un error de fase importante. La Figura 10B muestra el error de trayectoria, la diferencia entre estos dos casos. [0092] Figure 10A, from 0 seconds (at 1000) to 20 seconds (at 1020), shows how linear and nonlinear oscillators differ in free oscillation. The dotted line shows the motion for the linear spring, and the solid line shows the motion for the nonlinear spring. The main effect of the increase in the stiffness of the nonlinear spring at higher displacements is the slight decrease in the oscillation period. After 20 seconds of free oscillation, a significant phase error has accumulated. Figure 10B shows the trajectory error,the difference between these two cases.

[0093] A los 20 segundos (1020) comienza el bucle de control de trayectoria 2 (650). La fuerza de control aplicada (mostrada en la Figura 10E) es linealmente proporcional al error de velocidad, pero está limitada en magnitud al 5 % de la fuerza máxima del resorte lineal. El error de trayectoria (Figura 10B) se reduce a medida que la fuerza de control hace que la fase de la oscilación vuelva a alinearse con la trayectoria deseada, pero el error no llega a cero. No puede, porque la fuerza necesaria para corregir completamente la no linealidad del resorte es demasiado grande (se encuentra fuera de los límites de las líneas de puntos de la Figura 9A, que muestran la desviación máxima de la fuerza que podría corregirse para volver al caso ideal 910). [0093] At 20 seconds (1020) trajectory control loop 2 (650) begins. The applied control force (shown in Figure 10E) is linearly proportional to the velocity error, but is limited in magnitude to 5% of the maximum linear spring force. The trajectory error (Figure 10B) reduces as the control force brings the phase of the oscillation back into alignment with the desired trajectory, but the error does not reach zero. It cannot, because the force needed to completely correct the spring nonlinearity is too large (it is outside the limits of the dotted lines in Figure 9A, which show the maximum force deviation that could be corrected to return to the case ideal 910).

[0094] A los 50 segundos (1050) comienza el bucle de control 1 (600), el control de frecuencia. Se permite ajustar la rigidez global del resorte, pero no corregir la no linealidad del resorte: k = (klineal desplazamiento4)/10, siendo klineal el parámetro ajustable. La Figura 10C muestra "fxd", que representa la fuerza de control calculada (antes de recortarla al 5 %) multiplicada por el desplazamiento. La tasa de cambio de la parte lineal de la constante del resorte klineal es proporcional a fxd promediada en intervalos de dos segundos (pero con una tasa de cambio máxima forzada). La perturbación de la parte lineal de la constante del resorte se aplica al final de cada intervalo de cálculo del promedio (como en el recuadro 450). La Figura 10D muestra cómo la parte lineal de la constante del resorte se ajusta rápidamente para llevar el periodo natural a los 2 segundos requeridos. El resorte ajustado sigue siendo no lineal, como se muestra en la Figura 9B, con k = 0,937 desplazamiento4/10, pero después del ajuste, las fuerzas requeridas son ahora lo suficientemente pequeñas como para que la fuerza de control sea adecuada para la tarea, y el error de trayectoria (Figura 10B) se lleva casi a cero. [0094] At 50 seconds (1050) control loop 1 (600) begins, the frequency control. It is allowed to adjust the global stiffness of the spring, but not to correct the nonlinearity of the spring: k = (klinear displacement4)/10, with klinear being the adjustable parameter. Figure 10C shows “fxd”, which represents the calculated control force (before trimming to 5%) multiplied by the displacement. The rate of change of the linear part of the klinear spring constant is proportional to fxd averaged over two-second intervals (but with a maximum forced rate of change). The perturbation of the linear part of the spring constant is applied at the end of each averaging interval (as in box 450). Figure 10D shows how the linear part of the spring constant is quickly adjusted to bring the natural period to the required 2 seconds. The fitted spring is still non-linear, as shown in Figure 9B, with k = 0.937 displacement4/10, but after fitting, the required forces are now small enough that the control force is adequate for the task, and the trajectory error (Figure 10B) is brought almost to zero.

[0095] Este sencillo modelo computacional demuestra cómo los bucles de control combinados 600 y 650 pueden producir un movimiento sinusoidal casi perfecto a partir de un oscilador con un resorte fuertemente no lineal. Los expertos en materia de teoría del control podrán concebir muchas realizaciones alternativas a los sencillos ejemplos que aquí se dan; en particular, las leyes de control pueden ajustarse adaptativamente ("aprender"), anticipar correcciones basadas en la experiencia previa, o pueden incluir otras fuentes de información, como mediciones del entorno de la fuente (por ejemplo, basadas en la temperatura, la presión o la profundidad). [0095] This simple computational model demonstrates how combined control loops 600 and 650 can produce nearly perfect sinusoidal motion from an oscillator with a strongly nonlinear spring. Those skilled in control theory will be able to conceive of many alternative implementations to the simple examples given here; In particular, control laws may adjust adaptively ("learn"), anticipate corrections based on previous experience, or may include other sources of information, such as measurements of the source environment (e.g., based on temperature, pressure or depth).

[0096] En la realización ilustrada en la Figura 1, la fuente sísmica marina 100 de la Figura 1-Figura 2 se despliega para su adquisición como en la Figura 3 o de forma similar. Durante la adquisición, el funcionamiento de la fuente sísmica marina 100 está controlado tanto por la técnica de estabilización de frecuencia ilustrada en la Figura 4-Figura 5 como por el control de trayectoria de la Figura 6. Más concretamente, la técnica de estabilización de frecuencia de la Figura 4-Figura 5 funciona dentro del bucle de control de trayectoria 1 (600) para controlar la fuente sísmica marina 100 de modo que resuene a la frecuencia correcta, o muy cerca de la frecuencia correcta. Una vez que está resonando a la frecuencia deseada, el bucle de control de trayectoria 2 (650) además de eso realiza pequeños ajustes en el movimiento oscilatorio. [0096] In the embodiment illustrated in Figure 1, the marine seismic source 100 of Figure 1-Figure 2 is deployed for acquisition as in Figure 3 or in a similar manner. During acquisition, the operation of the marine seismic source 100 is controlled by both the frequency stabilization technique illustrated in Figure 4-Figure 5 and the trajectory control of Figure 6. More specifically, the frequency stabilization technique of Figure 4-Figure 5 operates within the trajectory control loop 1 (600) to control the marine seismic source 100 so that it resonates at the correct frequency, or very close to the correct frequency. Once it is resonating at the desired frequency, the trajectory control loop 2 (650) also makes small adjustments to the oscillatory motion.

[0097] Es decir, el bucle de control de trayectoria 1 (estabilización de frecuencia) efectúa cambios grandes, o "brutos", en la frecuencia, mientras que el bucle de control de trayectoria 2 efectúa cambios pequeños, o "finos", en la frecuencia o el movimiento. Un pequeño cambio en la frecuencia, por ejemplo, podría ser de 0,1 Hz. O bien, una pequeña modificación del movimiento puede cambiar la forma precisa del barrido, por ejemplo, para amortiguar los armónicos de alta frecuencia no deseados, o quizá para acentuar un armónico concreto. Por lo tanto, el bucle de control de trayectoria 2 realiza pequeños retoques o ajustes continuamente en el movimiento para mantenerlo más cerca de una trayectoria nominal deseada. [0097] That is, path control loop 1 (frequency stabilization) makes large, or "gross", changes in frequency, while path control loop 2 makes small, or "fine" changes in frequency or movement. A small change in frequency, for example, could be 0.1 Hz. Or, a small modification of the movement can change the precise shape of the sweep, for example, to damp unwanted high-frequency harmonics, or perhaps to accentuate a specific harmonic. Therefore, trajectory control loop 2 continually makes small tweaks or adjustments to the motion to keep it closer to a desired nominal trajectory.

[0098] Obsérvese el contraste con el funcionamiento y el control de un vibrador terrestre. Un vibrador terrestre es un ejemplo de sistema poco resonante. El vibrador terrestre fuerza bruscamente la salida del dispositivo obligando al pistón motriz a desplazarse a lo largo de una trayectoria determinada. Es decir, obliga al pistón radiante a desplazarse hacia donde debe estar sin tener en cuenta cuál es su frecuencia de resonancia. Sin embargo, en la fuente sísmica marina 100, el solenoide de excitación no es lo suficientemente potente como para forzar el dispositivo a una frecuencia particular que difiera significativamente de su frecuencia de resonancia natural. En cambio, "afina" la respuesta que el aparato ya "quiere dar" (es decir, su frecuencia de resonancia natural). [0098] Note the contrast with the operation and control of a terrestrial vibrator. A terrestrial vibrator is an example of a poorly resonant system. The ground vibrator abruptly forces the output of the device, forcing the driving piston to move along a certain path. That is, it forces the radiating piston to move to where it should be without taking into account what its resonance frequency is. However, in marine seismic source 100, the driving solenoid is not powerful enough to force the device to a particular frequency that differs significantly from its natural resonant frequency. Instead, it "tunes" the response that the device already "wants to give" (i.e., its natural resonant frequency).

[0099] Cuando en el presente documento se hace referencia a un procedimiento que comprende dos o más etapas definidas, las etapas definidas pueden llevarse a cabo en cualquier orden o simultáneamente (excepto cuando el contexto excluya esa posibilidad), y el procedimiento también puede incluir una o más etapas que se lleven a cabo antes de cualquiera de las etapas definidas, entre dos de las etapas definidas o después de todas las etapas definidas (excepto cuando el contexto excluya esa posibilidad). [0099] Where reference is made herein to a procedure comprising two or more defined steps, the defined steps may be carried out in any order or simultaneously (except where the context excludes that possibility), and the procedure may also include one or more steps that take place before any of the defined steps, between any two of the defined steps, or after all of the defined steps (except where the context excludes that possibility).

[0100] Las siguientes solicitudes de patente y patentes se desvelan por la presente como referencia para las partes que se enumeran y para los fines establecidos: [0100] The following patent applications and patents are hereby disclosed by reference to the parties listed and for the stated purposes:

[0101] Solicitud de EE.UU. n.° de serie 12/995.763, titulada "Marine Seismic Source", presentada el 17 de junio de 2009, a nombre de los inventores Martin Thompson y Mark F. L. Harper, publicada el 14 de abril de 2011, como Publicación de Patente de EE.UU. 2011/0085422, y comúnmente asignada con la presente por sus enseñanzas de la estructura y el funcionamiento de una fuente sísmica marina de barrido de baja frecuencia ilustrativa ubicada en la Figura 1 y en [0026]-[0032], en la misma. [0101] US Application Serial No. 12/995,763, entitled "Marine Seismic Source", filed June 17, 2009, in the name of inventors Martin Thompson and Mark F. L. Harper, published April 14 2011, as US Patent Publication 2011/0085422, and commonly assigned herein for its teachings of the structure and operation of an illustrative low-frequency swept marine seismic source located in Figure 1 and in [ 0026]-[0032], in it.

[0102] Solicitud de EE.UU. n.° de serie 13/327.524, titulada "Seismic Acquisition Using Narrowband Seismic Sources", presentada el 15 de diciembre de 2011, a nombre de los inventores Joseph A. Dellinger y otros, publicada el 21 de junio de 2012, como publicación de patente de EE.UU. 2012/0155217, y comúnmente asignada con el presente documento por sus enseñanzas relativas a la adquisición de datos ubicadas en [0024]-[0040], [0054]-[0059], [0065]-[0088]. [0102] US Application Serial No. 13/327,524, entitled "Seismic Acquisition Using Narrowband Seismic Sources", filed on December 15, 2011, in the name of inventors Joseph A. Dellinger et al., published on June 21, 2012, as US Patent Publication 2012/0155217, and commonly assigned herein for its teachings relating to data acquisition located at [0024]-[0040], [0054]-[ 0059], [0065]-[0088].

[0103] Solicitud de EE.UU. n.° de serie 61/894.729, presentada el 23 de octubre de 2013 y solicitud de EE.UU. n.° de serie 14/515.223 presentada el 15 de octubre de 2014, titulada "System and Method for Resonator Frequency Control by Active Squeeze Position Feedback", presentada el 23 de octubre de 2013. [0103] US Application Serial No. 61/894,729, filed October 23, 2013 and US Application Serial No. 14/515,223 filed October 15, 2014, titled " System and Method for Resonator Frequency Control by Active Squeeze Position Feedback", presented on October 23, 2013.

[0104] Otras realizaciones de la invención serán evidentes para los expertos en la materia a partir de la consideración de la memoria descriptiva y la práctica de la invención descrita en esta invención. Se pretende que la memoria descriptiva y los ejemplos sean considerados como ejemplares solamente, estando la invención indicada por las siguientes reivindicaciones. [0104] Other embodiments of the invention will be apparent to those skilled in the art from consideration of the specification and practice of the invention described in this invention. It is intended that the specification and examples be considered as exemplary only, the invention being indicated by the following claims.

Claims (14)

REIVINDICACIONES 1. Un procedimiento para controlar la trayectoria en una fuente sísmica marina resonante (100), que comprende:1. A procedure for controlling the trajectory in a resonant marine seismic source (100), comprising: controlar una frecuencia de la fuente sísmica marina resonante (100), que incluye:control a frequency of the resonant marine seismic source (100), which includes: estimar una frecuencia natural de la fuente sísmica marina resonante (100);estimate a natural frequency of the resonant marine seismic source (100); obtener un error de frecuencia como diferencia entre la frecuencia natural estimada de la fuente y una frecuencia de la trayectoria deseada de la fuente sísmica marina resonante (100); yobtain a frequency error as the difference between the estimated natural frequency of the source and a frequency of the desired trajectory of the resonant marine seismic source (100); and llevar el error de frecuencia a cero, en el que la frecuencia de la trayectoria deseada de la fuente sísmica marina resonante (100) corresponde a una frecuencia de resonancia de la fuente sísmica marina resonante (100) cuando el error de frecuencia es cero; ybringing the frequency error to zero, where the frequency of the desired trajectory of the resonant marine seismic source (100) corresponds to a resonance frequency of the resonant marine seismic source (100) when the frequency error is zero; and controlar una trayectoria de movimiento de una parte móvil de un oscilador (105, 130, 132) de la fuente sísmica marina resonante (100) después de controlar la frecuencia de la fuente sísmica marina resonante (100) para que sea la frecuencia de la trayectoria deseada de la fuente sísmica marina resonante, en el que la trayectoria de movimiento de la parte móvil (105, 130, 132) comprende una posición, una velocidad o una aceleración de la parte móvil del oscilador, en el que el control de la trayectoria de movimiento de la parte móvil (105, 130, 132) incluye:controlling a movement path of a moving part of an oscillator (105, 130, 132) of the resonant marine seismic source (100) after controlling the frequency of the resonant marine seismic source (100) to be the frequency of the path desired of the resonant marine seismic source, in which the trajectory of movement of the moving part (105, 130, 132) comprises a position, a speed or an acceleration of the moving part of the oscillator, in which the control of the trajectory movement of the moving part (105, 130, 132) includes: detectar la trayectoria de movimiento de la parte móvil del oscilador (105, 130, 132);detecting the movement path of the moving part of the oscillator (105, 130, 132); derivar un error de trayectoria de movimiento como diferencia entre una trayectoria de movimiento deseada de la parte móvil delderive a motion path error as the difference between a desired motion path of the moving part of the oscilador (105 130, 132) y la trayectoria de movimiento detectada; yoscillator (105 130, 132) and the detected motion trajectory; and llevar el error de trayectoria de movimiento a cero, en el que la trayectoria de movimiento deseada de la parte móvil del oscilador (105 130, 132) corresponde a la trayectoria de movimiento detectada de la parte móvil del oscilador (105 130, 132) cuando el error de trayectoria de movimiento es cero.bringing the motion path error to zero, wherein the desired motion path of the moving part of the oscillator (105 130, 132) corresponds to the detected motion path of the moving part of the oscillator (105 130, 132) when the motion trajectory error is zero. 2. El procedimiento según la reivindicación 1, en el que la estimación de la frecuencia natural de la fuente incluye la detección de un parámetro asociado con la frecuencia de la fuente, y en el que llevar el error de frecuencia a cero incluye: modificar una señal de control de frecuencia a la fuente sísmica marina resonante (100).2. The method according to claim 1, wherein estimating the natural frequency of the source includes detecting a parameter associated with the frequency of the source, and wherein bringing the frequency error to zero includes: modifying a frequency control signal to the resonant marine seismic source (100). 3. El procedimiento según la reivindicación 1, en el que la detección de la trayectoria de movimiento incluye la detección de un parámetro de la trayectoria de movimiento.3. The method according to claim 1, wherein detecting the motion path includes detecting a parameter of the motion path. 4. El procedimiento según la reivindicación 3, en el que llevar el error de trayectoria de movimiento a cero incluye:4. The method according to claim 3, wherein bringing the motion path error to zero includes: modificar una señal que determina el parámetro detectado; emodify a signal that determines the detected parameter; and iterar el control de la trayectoria.iterate control of the trajectory. 5. El procedimiento según la reivindicación 1, en el que llevar el error de trayectoria de movimiento a cero incluye:5. The method according to claim 1, wherein bringing the motion path error to zero includes: modificar una señal que determina la trayectoria de movimiento; emodify a signal that determines the movement path; and iterar el control de la trayectoria.iterate control of the trajectory. 6. El procedimiento según la reivindicación 1, que comprende además realizar el control de estabilización de frecuencia.6. The method according to claim 1, further comprising performing frequency stabilization control. 7. Una fuente sísmica marina resonante (100), que comprende:7. A resonant marine seismic source (100), comprising: un pistón (105, 130, 132) en una carcasa estanca (170);a piston (105, 130, 132) in a sealed housing (170); un solenoide (145, 240) dispuesto dentro de la carcasa estanca al fluido (170) y conectado a un pistón (105, 130, 132) que forma parte de la carcasa estanca al fluido (170) y que, en funcionamiento, resuena a una frecuencia de resonancia natural; y un sistema de control (200) dispuesto dentro de la carcasa estanca al fluido (170) que, en funcionamiento, realiza:a solenoid (145, 240) disposed within the fluid-tight housing (170) and connected to a piston (105, 130, 132) which forms part of the fluid-tight housing (170) and which, in operation, resonates at a natural resonant frequency; and a control system (200) arranged within the fluid-tight housing (170) that, in operation, performs: controlar una frecuencia de la fuente sísmica marina resonante (100), que incluye:control a frequency of the resonant marine seismic source (100), which includes: estimar una frecuencia natural de la fuente sísmica marina resonante (100);estimate a natural frequency of the resonant marine seismic source (100); obtener un error de frecuencia como diferencia entre la frecuencia natural estimada de la fuente y una frecuencia de la trayectoria deseada de la fuente sísmica marina resonante (100); yobtain a frequency error as the difference between the estimated natural frequency of the source and a frequency of the desired trajectory of the resonant marine seismic source (100); and llevar el error de frecuencia a cero, en el que la frecuencia de la trayectoria deseada de la fuente sísmica marina resonante (100) corresponde a una frecuencia de resonancia de la fuente sísmica marina resonante (100) cuando el error de frecuencia es cero; ybringing the frequency error to zero, where the frequency of the desired trajectory of the resonant marine seismic source (100) corresponds to a resonance frequency of the resonant marine seismic source (100) when the frequency error is zero; and controlar una trayectoria de movimiento del pistón (105, 130, 132) después de controlar la frecuencia de la fuente sísmica marina resonante (100) para que sea la frecuencia de la trayectoria deseada de la fuente sísmica marina resonante, en el que la trayectoria de movimiento del pistón (105, 130, 132) comprende una posición, una velocidad o una aceleración del pistón, en el que el control de la trayectoria de movimiento del pistón (105, 130, 132) incluye: detectar la trayectoria de movimiento del pistón (105, 130, 132);controlling a movement path of the piston (105, 130, 132) after controlling the frequency of the resonant marine seismic source (100) to be the frequency of the desired path of the resonant marine seismic source, in which the path of Movement of the piston (105, 130, 132) comprises a position, speed or acceleration of the piston, wherein controlling the movement path of the piston (105, 130, 132) includes: detecting the movement path of the piston (105, 130, 132); derivar un error de trayectoria de movimiento como diferencia entre una trayectoria de movimiento deseada del pistón (105,130, 132) y la trayectoria de movimiento detectada; yderiving a motion path error as a difference between a desired motion path of the piston (105,130, 132) and the detected motion path; and llevar el error de trayectoria de movimiento a cero, en el que la trayectoria de movimiento deseada de la parte móvil del oscilador (105 130, 132) corresponde a la trayectoria de movimiento detectada de la parte móvil del oscilador (105 130, 132) cuando el error de trayectoria de movimiento es cero.bringing the motion path error to zero, wherein the desired motion path of the moving part of the oscillator (105 130, 132) corresponds to the detected motion path of the moving part of the oscillator (105 130, 132) when the motion trajectory error is zero. 8. La fuente sísmica marina resonante (100) según la reivindicación 7, en la que la estimación de la frecuencia natural de la fuente incluye la detección de un parámetro asociado a la frecuencia de la fuente.8. The resonant marine seismic source (100) according to claim 7, wherein the estimation of the natural frequency of the source includes the detection of a parameter associated with the frequency of the source. 9. La fuente sísmica marina resonante (100) según la reivindicación 8, en la que llevar el error de frecuencia a cero incluye:9. The resonant marine seismic source (100) according to claim 8, wherein bringing the frequency error to zero includes: modificar una señal que determina el parámetro detectado; emodify a signal that determines the detected parameter; and iterar el control de frecuencia de la fuente.iterate source frequency control. 10. La fuente sísmica marina resonante (100) según la reivindicación 8, en la que llevar el error de frecuencia a cero incluye:10. The resonant marine seismic source (100) according to claim 8, wherein bringing the frequency error to zero includes: modificar la señal de excitación de la fuente (100); emodify the excitation signal of the source (100); and iterar el control de frecuencia de la fuente.iterate source frequency control. 11. La fuente sísmica marina resonante (100) según la reivindicación 7, en la que la detección de la trayectoria de movimiento incluye la detección de un parámetro de la trayectoria de movimiento.11. The resonant marine seismic source (100) according to claim 7, wherein the detection of the motion path includes the detection of a parameter of the motion path. 12. La fuente sísmica marina resonante (100) según la reivindicación 11, en la que llevar el error de trayectoria de movimiento a cero incluye:12. The resonant marine seismic source (100) according to claim 11, wherein bringing the motion path error to zero includes: modificar una señal que determina el parámetro detectado; emodify a signal that determines the detected parameter; and iterar el control de la trayectoria.iterate control of the trajectory. 13. La fuente sísmica marina resonante (100) según la reivindicación 7, en la que llevar el error de trayectoria de movimiento a cero incluye:13. The resonant marine seismic source (100) according to claim 7, wherein bringing the motion path error to zero includes: modificar una señal que determina la trayectoria de movimiento; emodify a signal that determines the movement path; and iterar el control de la trayectoria.iterate control of the trajectory. 14. La fuente sísmica marina resonante (100) según la reivindicación 7, en la que el sistema de control (200) realiza además un control de estabilización de frecuencia.14. The resonant marine seismic source (100) according to claim 7, wherein the control system (200) further performs frequency stabilization control.
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